宋琳， 丁鋒， 陳佳雯， 孟繁輝， 顧佳穎， 李杰

(1.青島市氣象災(zāi)害防御技術(shù)中心， 青島 266003； 2.青島市氣象災(zāi)害防御工程技術(shù)研究中心， 青島 266003； 3.南京信息工程大學(xué)氣象災(zāi)害教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/氣候與環(huán)境變化國(guó)際合作聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室/氣象災(zāi)害預(yù)報(bào)預(yù)警與評(píng)估協(xié)同創(chuàng)新中心/ 中國(guó)氣象局氣溶膠與云降水重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室， 南京 210044)

雷電放電過(guò)程激發(fā)的大電流、高電壓和強(qiáng)電磁輻射，對(duì)電力、交通、民航、通信等行業(yè)和部門的正常運(yùn)營(yíng)造成較大的影響[1-2]。因此，實(shí)時(shí)捕捉雷電發(fā)生的時(shí)間、地點(diǎn)和強(qiáng)度等信息對(duì)雷電災(zāi)害事故調(diào)查和預(yù)警都是非常重要的。目前的地基雷電定位網(wǎng)就是基于全球定位系統(tǒng)(global position system，GPS)技術(shù)，通過(guò)多站組網(wǎng)的形式，利用雷電電磁脈沖信號(hào)到達(dá)不同測(cè)站的時(shí)間差(time of arrival，TOA)來(lái)進(jìn)行定位的[3-4]。

但由于山體起伏和土壤電導(dǎo)率的有限性，雷電電磁脈沖信號(hào)沿地表傳播時(shí)受到不同程度的影響，從而進(jìn)一步影響了雷電定位精度[5-6]。目前，中外學(xué)者利用時(shí)域有限差分算法(finite-difference time-domain，F(xiàn)DTD)等各種數(shù)值模擬算法和近似解析算法，廣泛研究了大地電導(dǎo)率、土壤色散效應(yīng)等因素對(duì)雷電電磁場(chǎng)時(shí)空分布和傳播的影響[7-10]。對(duì)平坦地面而言，影響雷電電磁場(chǎng)傳播的主要因素是土壤電導(dǎo)率，而對(duì)高低起伏不平的山區(qū)而言，不同高度和形態(tài)的山體對(duì)雷電電磁場(chǎng)傳播的影響更大。劉曉東等[11]運(yùn)用熵值法分析不同地形因素對(duì)雷擊的影響，發(fā)現(xiàn)高程和坡向因素貢獻(xiàn)程度較大。Paknahad 等[12]利用Comsol軟件的模擬結(jié)果表明，山體的存在引起了雷電電磁場(chǎng)的增大，當(dāng)山體傾角增大時(shí)，地閃回?fù)舢a(chǎn)生的水平電場(chǎng)和磁場(chǎng)先增大后減小，但垂直電場(chǎng)則呈現(xiàn)遞減。Soto等[13]和Li等[14]模擬研究發(fā)現(xiàn)，雷擊山體時(shí)的電磁場(chǎng)明顯增強(qiáng)，這是由于在山腳位置處的反射疊加所致，雷電電磁場(chǎng)脈沖信號(hào)的到達(dá)時(shí)間隨著山體高度的增大而增加。Hou等[15]研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)距離山體較近時(shí)，垂直電場(chǎng)易受到山體屏蔽作用而減小，但距離較遠(yuǎn)時(shí)則由于山腳的反射疊加作用而增強(qiáng)。Azadifar等[16]曾經(jīng)利用高塔電流測(cè)量數(shù)據(jù)評(píng)估了歐洲雷電定位網(wǎng)的探測(cè)性能，發(fā)現(xiàn)雷擊高塔引起電磁場(chǎng)的增強(qiáng)，從而可能導(dǎo)致反演的雷電流峰值偏大。而Li等[17-18]的研究表明，如果考慮雷電電磁場(chǎng)傳播路徑上高低起伏山體的影響，則利用遠(yuǎn)區(qū)電磁場(chǎng)反演的電流和實(shí)測(cè)結(jié)果更為吻合，并提出了利用地形包絡(luò)法(terrain envelope method)來(lái)代替沿高低起伏不平的地表傳播路徑的地表法更為合理。Schulz等[19]也指出，使用了地形包絡(luò)方法有可能會(huì)提高雷電定位精度。最近，陳佳雯等[20]利用2D FDTD算法，詳細(xì)研究了連綿起伏的山體地形對(duì)雷電電磁場(chǎng)強(qiáng)度和傳播時(shí)間的影響，結(jié)果表明，山體越高衰減越大，山體高度每增加500 m，衰減增加約10%。

綜上所述，由于山體對(duì)雷電電磁場(chǎng)峰值和到達(dá)時(shí)間存在一定的影響，可能進(jìn)一步導(dǎo)致多站雷電時(shí)差定位的精度降低。如吉德志等[21]模擬研究了云南昆明地區(qū)復(fù)雜地形地貌對(duì)雷電定位精度的影響，傳播路徑上的山體越高大，雷電電磁波波頭時(shí)間越長(zhǎng)；無(wú)論是理想的平坦地面還是高低起伏的真實(shí)地表，利用峰值到達(dá)法導(dǎo)致的定位偏差最大，偏差在幾百米至幾公里量級(jí)。

不過(guò)，上述研究結(jié)果僅僅探討了起伏的山體地形對(duì)雷電電磁場(chǎng)強(qiáng)度和定位精度的影響，但沒(méi)有實(shí)際的觀測(cè)數(shù)據(jù)予以證實(shí)和驗(yàn)證。因此，現(xiàn)以云南昆明地區(qū)的連綿起伏地形為例，提出一種“時(shí)間補(bǔ)償法”，首先，利用二維FDTD算法模擬研究“時(shí)間補(bǔ)償法”對(duì)雷電定位系統(tǒng)精度的優(yōu)化效果，然后，針對(duì)發(fā)生在云南昆明供電局廠普Ⅰ回線路出現(xiàn)的一次斷路跳閘事故，基于實(shí)測(cè)的四站同步地閃回?fù)舸艌?chǎng)波形數(shù)據(jù)，應(yīng)用“時(shí)間補(bǔ)償法”對(duì)這次地閃回?fù)舻亩ㄎ痪冗M(jìn)行修訂，并對(duì)比分析“時(shí)間補(bǔ)償法”對(duì)地閃回?fù)舳ㄎ痪鹊膬?yōu)化效果，以期為雷擊災(zāi)害調(diào)查鑒定提供定位更為精準(zhǔn)的技術(shù)方法。

1 數(shù)據(jù)來(lái)源和研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

所用多站閃電定位數(shù)據(jù)來(lái)自云南昆明供電局的三維閃電探測(cè)網(wǎng)，VLF/LF三維閃電探測(cè)網(wǎng)由8個(gè)子站組成，站點(diǎn)分布、地閃回?fù)酎c(diǎn)位置及周邊地形地貌如圖1所示。每個(gè)測(cè)站由一對(duì)正交的磁天線組成，磁天線的頻響范圍涵蓋25～680 kHz，記錄長(zhǎng)度1 s，預(yù)觸發(fā)時(shí)間0.3 s，采樣率1 MHz，GPS授時(shí)精度50～100 ns。

衛(wèi)星資料為日本葵花8號(hào)AHI(advanced himawari imager)通道15，中心波長(zhǎng)為12.38 μs的長(zhǎng)波紅外的衛(wèi)星云圖資料，可以得到空間分辨率為5 km、時(shí)間分辨率為10 min的云頂溫度(cloud top temperature，CTT)數(shù)據(jù)，及全圓盤空間分辨率為2 km、時(shí)間分辨率為10 min黑體亮溫(temperature of brightness blackbody，TBB)數(shù)據(jù)。一般來(lái)說(shuō)，云頂亮溫?cái)?shù)值越小，云團(tuán)發(fā)展越旺盛，越容易產(chǎn)生閃電。

A和B為假定的地閃回?fù)酎c(diǎn)位置；S1～S8為各測(cè)站位置圖1 昆明地區(qū)的地形示意圖Fig.1 The topographic map of Yunnan including two assumed return stroke points

1.2 二維FDTD計(jì)算模型

利用二維柱坐標(biāo)的FDTD模型研究云南昆明地區(qū)的多山真實(shí)地形對(duì)雷電電磁信號(hào)到達(dá)時(shí)延的影響。二維FDTD的計(jì)算空間域?yàn)?5 km×10 km，空間步長(zhǎng)Δr=Δz=10 m，時(shí)間步長(zhǎng)16.7 ns，滿足Courant 穩(wěn)定性條件。土壤厚度1 000 m，山體及土壤電導(dǎo)率0.001 S/m，相對(duì)介電常數(shù)10，空氣電導(dǎo)率0，相對(duì)介電常數(shù)10。計(jì)算邊界使用卷積完全匹配層(convolutional perfectly matched layer，CPML)吸收邊界?；?fù)敉ǖ牢挥谥鴺?biāo)計(jì)算區(qū)域的最左側(cè)，通道高度為7 500 m。模型中雷電通道底部的回?fù)艋娏魇褂肏eidler雙指數(shù)[22]描述，所使用的回?fù)艄こ棠Ｐ蜑橹笖?shù)衰減的改進(jìn)傳輸線模式(modified transmission line model with exponential current decay，MTLE)，回?fù)綦娏餮赝ǖ栏叨纫灾笖?shù)形式衰減[23]。

1.3 地閃回?fù)綦姶艌?chǎng)傳播路徑的地形包絡(luò)法

在時(shí)差法定位技術(shù)中，需要對(duì)時(shí)間進(jìn)行精確測(cè)量才能保證定位結(jié)果的準(zhǔn)確性，如何計(jì)算時(shí)間差是一個(gè)十分關(guān)鍵的問(wèn)題。對(duì)于多站信號(hào)，可以先計(jì)算出信號(hào)的到達(dá)時(shí)間，再求出多站間的時(shí)間差；也可以通過(guò)互相關(guān)算法，得到兩兩測(cè)站間的時(shí)間差。目前，針對(duì)時(shí)域脈沖波形的到達(dá)時(shí)間，有6種不同的信號(hào)到達(dá)時(shí)間定義方法。但根據(jù)已有的研究結(jié)果，最有效的計(jì)算方法有10%峰值到達(dá)法[18]和逐峰法。10%峰值到達(dá)法是指以峰值點(diǎn)至峰值10%延長(zhǎng)線與坐標(biāo)軸的交點(diǎn)作為脈沖信號(hào)的到達(dá)時(shí)間；逐峰法是以峰值點(diǎn)作為脈沖信號(hào)的到達(dá)時(shí)間。

由于山體的存在，雷電電磁場(chǎng)的傳播路徑會(huì)被延長(zhǎng)，路徑延長(zhǎng)的等效方法主要包括包絡(luò)法(terrain-envelope method)和地表法(tight-terrain-fit method)[17-19]，如圖2所示。地表法的長(zhǎng)度由貼近地表的路徑長(zhǎng)度計(jì)算得到，而包絡(luò)法的長(zhǎng)度則可以通過(guò)地形包絡(luò)計(jì)算得到，包絡(luò)的形狀利用MATLAB的convhull函數(shù)確定。

圖2 雷電電磁波沿多山地區(qū)的可能傳播路徑Fig.2 Possible propagation path for the lightning electromagnetic field along the mountainous terrains

2 結(jié)果分析

2.1 時(shí)間補(bǔ)償法對(duì)地閃回?fù)舳ㄎ痪扔绊懙哪M研究

為了詳細(xì)分析昆明地區(qū)的連綿起伏地形對(duì)地閃回?fù)綦姶艌?chǎng)傳播以及到達(dá)時(shí)間的影響，本文選取了假定的兩個(gè)地閃回?fù)酎c(diǎn)進(jìn)行模擬分析(圖2)，從圖2中A、B兩點(diǎn)分別到達(dá)8個(gè)測(cè)站的傳播路徑都經(jīng)過(guò)多座高山。分別針對(duì)A和B點(diǎn)發(fā)生的地閃回?fù)?，重點(diǎn)分析其激發(fā)的電磁脈沖信號(hào)沿不同路徑傳播的衰減情況和信號(hào)到達(dá)時(shí)間的差異性。

圖3為A點(diǎn)至8個(gè)不同測(cè)站所在點(diǎn)的地形垂直剖面圖?？梢钥闯?，閃擊點(diǎn)A到達(dá)不同測(cè)站的傳播距離不同、地形起伏也有很大差異。

圖4為從閃擊點(diǎn)A激發(fā)的地閃回?fù)舸艌?chǎng)脈沖信號(hào)分別沿真實(shí)地形和理想平坦地表傳播時(shí)的磁場(chǎng)強(qiáng)度波形變化情況。通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，電磁脈沖信號(hào)到達(dá)不同測(cè)站時(shí)，因復(fù)雜地形帶來(lái)的影響是不同的。如從A點(diǎn)至測(cè)站7沿真實(shí)地形傳播的脈沖強(qiáng)度和到達(dá)時(shí)間都有比較大的影響，而其他傳播路徑的影響較小。值得注意的是，當(dāng)閃擊點(diǎn)位于山頂上時(shí)，沿真實(shí)路徑傳播時(shí)，由于電磁波的多次反射作用，觀測(cè)點(diǎn)處的磁場(chǎng)強(qiáng)度可能會(huì)比理想傳播路徑的強(qiáng)。

考慮到不同的信號(hào)到達(dá)時(shí)間計(jì)算方法的優(yōu)劣，選取了10%峰值法、逐峰法和互相關(guān)算法這3種方法進(jìn)行模擬計(jì)算。經(jīng)過(guò)計(jì)算，與光滑地表相比，真實(shí)地形引起的時(shí)間滯后分別為0.8、0.6、0.4 μs。表1給出了利用時(shí)間補(bǔ)償法對(duì)A點(diǎn)處激發(fā)的地閃回?fù)舳ㄎ坏男Ч麑?duì)比，可以看出，10%峰值到達(dá)法的定位偏差最小，互相關(guān)次之，逐峰法偏差最大。①當(dāng)利用10%峰值法定位時(shí)，如果是沿真實(shí)地形傳播，修訂和不修訂時(shí)的偏差分別為41 m和46 m，而沿理想的平坦地面?zhèn)鞑サ亩ㄎ黄顬?7 m；②當(dāng)利用逐峰法定位時(shí)，如果是沿真實(shí)地形傳播，修訂和不修訂時(shí)的偏差分別為261 m和289 m，而沿理想的平坦地面?zhèn)鞑サ亩ㄎ黄顬?45 m；③當(dāng)利用互相關(guān)方法時(shí)，如果是沿真實(shí)地形傳播，修訂和不修訂時(shí)的偏差分別為192 m和210 m，而沿理想的平坦地面?zhèn)鞑サ亩ㄎ黄顬?73 m。因此，從上述數(shù)據(jù)看出，時(shí)間補(bǔ)償法有一定的效果，但由于閃電距離每個(gè)測(cè)站的地形起伏不明顯，修訂效果不太明顯。

圖3 假定的地閃回?fù)舭l(fā)生位置A點(diǎn)至8個(gè)不同測(cè)站的垂直地形剖面Fig.3 The vertical profiles of topographic map along propagation paths from the assumed return stroke point A to the eight observation sites

圖4 地閃回?fù)舸艌?chǎng)脈沖信號(hào)從A點(diǎn)沿真實(shí)地形和理想的平坦地表傳播時(shí)的波形差異Fig.4 Differences of magnetic field waveform radiated by lightning return stroke from point A along mountainous terrain and flat surface

表1 時(shí)間補(bǔ)償法對(duì)地閃回?fù)鬉點(diǎn)定位結(jié)果的優(yōu)化效果Table 1 The revised results by using the TOA revised method

圖5為B點(diǎn)至8個(gè)不同測(cè)站所在點(diǎn)的地形垂直剖面圖?？梢钥闯觯珺點(diǎn)到達(dá)不同測(cè)站的地形起伏更為明顯。圖6為從B點(diǎn)激發(fā)的地閃回?fù)舸艌?chǎng)脈沖信號(hào)分別沿真實(shí)地形和理想的平坦地表傳播時(shí)的磁場(chǎng)強(qiáng)度波形。可以看出，由于從B點(diǎn)至不同測(cè)站的地形起伏較大，沿真實(shí)地形傳播的地閃回?fù)裘}沖信號(hào)的峰值和到達(dá)時(shí)間明顯滯后。從沿不同傳播路徑的地閃回?fù)裘}沖信號(hào)達(dá)到時(shí)間的統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以看出，由于明顯的地形起伏和高程差的增大，導(dǎo)致雷電電磁信號(hào)的高頻分量?jī)?yōu)先衰減，波頭上升沿時(shí)間增大，峰值滯后。利用10%峰值法、逐峰法和互相關(guān)法得到的時(shí)間差明顯不同，從本文選取的研究區(qū)域看，時(shí)間滯后小于1 μs，平均為0.6 μs左右。這一時(shí)間滯后的大小與傳播路徑長(zhǎng)短和地形高程起伏有關(guān)，這些數(shù)據(jù)的差異性會(huì)進(jìn)一步影響多站時(shí)差定位的精度。

表2給出了時(shí)間補(bǔ)償法對(duì)B點(diǎn)處激發(fā)的地閃回?fù)舳ㄎ唤Y(jié)果的優(yōu)化效果。由表2可知，10%峰值到達(dá)法的定位偏差最小，互相關(guān)次之，逐峰法偏差最大。①當(dāng)利用10%峰值法定位時(shí)，沿真實(shí)地形傳播，修訂后和修訂前的偏差分別為64 m和90 m，而沿理想的平坦地面?zhèn)鞑サ亩ㄎ黄顬?6 m；②當(dāng)利用逐峰法定位時(shí)，沿真實(shí)地形傳播時(shí)，修訂后和修訂前的偏差分別為271 m和328 m，而沿理想的平坦地面?zhèn)鞑サ亩ㄎ黄顬?90 m；③當(dāng)利用互相關(guān)方法時(shí)，沿真實(shí)地形傳播時(shí)，修訂后和修訂前的偏差分別為192 m和220 m，而沿平坦地面?zhèn)鞑サ亩ㄎ黄顬?33 m。從以上數(shù)據(jù)看出，時(shí)間補(bǔ)償法有一定的效果。

圖5 假定的地閃回?fù)舭l(fā)生位置B點(diǎn)至8個(gè)不同測(cè)站的垂直地形剖面Fig.5 The vertical profiles of topographic map along propagation paths from the assumed return stroke point A to the eight observation sites

圖6 地閃回?fù)舸艌?chǎng)脈沖信號(hào)從B點(diǎn)沿真實(shí)地形和理想的平坦地表傳播時(shí)的波形差異Fig.6 Differences of magnetic field waveform radiated by lightning return stroke from point B along mountainous terrain and flat surface

表2 時(shí)間補(bǔ)償法對(duì)地閃回?fù)鬊點(diǎn)定位結(jié)果優(yōu)化效果Table 2 The revised results by using TOA revised method

2.2 時(shí)間補(bǔ)償法在一次電力線路雷擊跳閘事故分析中的應(yīng)用

2018年8月21日17時(shí)56分，云南昆明供電局廠普Ⅰ回線路出現(xiàn)一次斷路跳閘事故，昆明供電局提供了此次事故相關(guān)的報(bào)告。報(bào)告指出經(jīng)查線后發(fā)現(xiàn)220 kV廠普Ⅰ回線#23中臺(tái)線(B相)大號(hào)側(cè)絕緣子串從橫擔(dān)側(cè)起第一片絕緣子有雷擊閃絡(luò)，在第一片絕緣子和聯(lián)板處有明顯放電痕跡，事故原因判斷為雷電直接擊中桿塔導(dǎo)致。報(bào)告的雷擊跳閘點(diǎn)位于102.696 601 9°E、25.176 9°N處。

為了進(jìn)一步核實(shí)這次跳閘事故的原因，利用衛(wèi)星云頂溫度(cloud top temperature,CTT)以及黑體亮溫(temperature of brightness blackbody,TBB)數(shù)據(jù)，并結(jié)合三維閃電探測(cè)網(wǎng)數(shù)據(jù)，從天氣現(xiàn)象和具體的閃電位置來(lái)綜合分析。

圖7和圖8分別給出了2018年8月21日17點(diǎn)50分至18點(diǎn)整的云頂溫度(CTT)和黑體亮溫(TBB)。從上述兩種資料可以看出，8月21日發(fā)生了一次很強(qiáng)烈的大尺度對(duì)流系統(tǒng), 影響范圍覆蓋了玉溪、文山和昆明地區(qū)。整個(gè)大系統(tǒng)具有很多零散的局地小雷暴。而雷擊跳閘點(diǎn)位于一個(gè)局地雷暴的邊緣部分，云頂溫度和黑體亮溫都介于220 K左右(-53 ℃)。如果按照每千米下降5～6 ℃計(jì)算，則這個(gè)區(qū)域的云頂高度在8～9 km，這樣的云應(yīng)該是強(qiáng)烈的對(duì)流云，雷電發(fā)生在這樣的區(qū)域是比較合理的。

紅色五角星為報(bào)告中的雷擊跳閘點(diǎn)位置 (102.696 601 9°E，25.176 9°N)圖7 2018年8月21日17:50—18：00 的云頂溫度(CTT)Fig.7 Cloud top temperature (CTT) of himawari-8 at 17:50—18:00 on Aug 21, 2018

紅色五角星為報(bào)告中的雷擊跳閘點(diǎn)位置 (102.696 601 9°E，25.176 9°N)圖8 2018年8月21日17：50—18：00 的黑體亮溫(TBB)Fig.8 Black body temperature (TBB) of himawari-8 at 17:50—18:00 on Aug 21, 2018

從上述分析可以看出，線路跳閘位置確實(shí)有很強(qiáng)烈的局地雷暴，這是閃電發(fā)生的必要天氣條件?；谠颇侠ッ鞯娜S閃電探測(cè)網(wǎng)數(shù)據(jù)，進(jìn)一步分析在線路跳閘的位置處是否有閃電發(fā)生，發(fā)生的時(shí)間地點(diǎn)是否與雷擊報(bào)告吻合。

為了查找這次閃電，首先把跳閘時(shí)刻前后1 min內(nèi)和半徑在3 km的所有地閃回?fù)舳颊页鰜?lái)，在此范圍內(nèi)僅有一次較強(qiáng)的地閃回?fù)?。圖9給出了這次閃電的四站磁場(chǎng)同步波形，可以看出，該波形是典型的地閃回?fù)羲a(chǎn)生的，且閃電發(fā)生的時(shí)間為17時(shí)55分56.096 952秒，與雷擊跳閘點(diǎn)時(shí)刻非常吻合。進(jìn)一步，當(dāng)采取不同的時(shí)差定位算法時(shí)，利用10%峰值到達(dá)法的定位偏差為113 m，采取逐峰法時(shí)的定位偏差為212 m，采取互相關(guān)算法時(shí)的定位偏差為233 m(表3)。因此，多站時(shí)差定位出的閃電位置與跳閘點(diǎn)位置之間的距離范圍應(yīng)在113～233 m?？傊?，通過(guò)線路跳閘時(shí)刻和位置處的天氣條件，以及雷電發(fā)生的時(shí)間和地點(diǎn)做出綜合判斷，這次地閃回?fù)舻陌l(fā)生時(shí)間和位置與雷擊跳閘點(diǎn)都非常吻合，因此認(rèn)為廠普Ⅰ回線的跳閘事故是由該回?fù)粢鸬摹?/p>

為了進(jìn)一步提高這次地閃回?fù)舻亩ㄎ痪?，利用時(shí)間補(bǔ)償法進(jìn)行修訂。具體方法是，根據(jù)初步定出的閃電位置(102.695 603°，25.174 936°)，計(jì)算該定位點(diǎn)到保云、華晨、螺螄灣和富民這4個(gè)不同測(cè)站的傳播路徑包絡(luò)長(zhǎng)度，并計(jì)算出時(shí)間延遲(與光滑地面對(duì)比，傳播速度為光速)，考慮此時(shí)間延遲對(duì)多站時(shí)差定位算法的影響，并計(jì)算其修訂結(jié)果。當(dāng)采用10%峰值法定位時(shí)，修訂前的偏差為113 m，修訂后為74 m；采用逐峰法定位時(shí)，修訂前的偏差為212 m，修訂后為122 m；采用互相關(guān)算法時(shí)，修訂前的偏差為233 m，修訂之后為135 m(表3)。可以看出，考慮時(shí)間補(bǔ)償法后，定位結(jié)果的準(zhǔn)確度都明顯提高了。

圖9 2018年8月21日17時(shí)55分56秒發(fā)生的 一次地閃回?fù)羲恼就酱艌?chǎng)波形Fig.9 The synchronization magnetic field waveform observed at four sites at 17:55:56 on August 21, 2018

表3 時(shí)間補(bǔ)償法對(duì)地閃回?fù)舳ㄎ唤Y(jié)果的優(yōu)化效果Table 3 The revised results by using TOA revised method

3 結(jié)論

以云南昆明地區(qū)為例，結(jié)合模擬與實(shí)測(cè)波形數(shù)據(jù)，討論了真實(shí)地形下時(shí)間補(bǔ)償法在地閃回?fù)舳ㄎ凰惴ㄖ械膽?yīng)用效果。從模擬結(jié)果看出，隨著傳播路徑和地形高程的增加，相應(yīng)的地閃回?fù)綦姶琶}沖的到達(dá)時(shí)間明顯延長(zhǎng)，這種時(shí)間延遲會(huì)造成地閃回?fù)舳ㄎ坏钠?。為了進(jìn)一步驗(yàn)證上述算法的有效性，選取了發(fā)生在云南昆明的一次線路跳閘事故進(jìn)行分析，并利用時(shí)間補(bǔ)償法進(jìn)行修訂。當(dāng)采用10%峰值法定位時(shí)，修訂前的偏差為113 m，修訂后74 m；采用逐峰法定位時(shí)，修訂前的偏差為212 m，修訂后122 m；采用互相關(guān)算法時(shí)，修訂前的偏差為233 m，修訂后135 m。可以看出，通過(guò)時(shí)間補(bǔ)償法進(jìn)行修訂，其定位精度都明顯提高了。

但是，利用FDTD算法模擬了回?fù)綦姶艌?chǎng)沿真實(shí)地形的傳播過(guò)程，由于模擬中所使用的回?fù)綦娏鞯膮?shù)基于統(tǒng)計(jì)結(jié)果，回?fù)綦娏鲄?shù)對(duì)比真實(shí)的雷電流可能存在一定的差異，因而模擬得到的水平磁場(chǎng)波形可能也會(huì)與實(shí)測(cè)信號(hào)波形存在一定的差異。