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气象站统计的闪电次数怎么得到的?怎么界定一次?

Discussion in '知乎日报' started by 漂亮的石头, 2016-07-19.

  1. 漂亮的石头

    漂亮的石头 版主 Staff Member

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    日报标题:咦,闪电那么快,我们怎么知道闪了几次,哪里在闪?

    [​IMG] 漠北,大气科学/强风暴物理学

    其实来说,闪电次数的统计并不是监测的雷电研究人员关注重点,而设立雷电观测仪器的目的也主要是为了关注闪电发生的位置、强度、陡度(放电时间)等等一系列的参数。

    而在以上参数都得到情况下,自然而然的就可以得到在一段时间内闪电发生的总次数以及每个闪电发生的时间。

    而在讲具体的监测方法前,需要知道闪电的简单分类。

    最简单的闪电分类方法就是看它有没有接地。如果闪电接地了就被称之为地闪,如果没有接地就被称为云闪

    [​IMG]

    一次地闪过程

    而闪电监测,其实主要就是监测地闪

    [​IMG]

    我写这篇回答时候的全国地闪实况,可以看见南方在副高西侧控制下的闪电群,而北方则是由于新生蒙古气旋下的倒槽影响激发出雷电群,来源于中国气象局。右下角 CG 代表地闪总数,PCG 代表正地闪,NCG 代表负地闪。

    中国的闪电定位网主要是由华云 ADTD 闪电定位系统承担的。

    [​IMG]

    闪电定位仪,外面的是保护罩。来源:cnhyc.com 的页面

    而具体闪电定位方法通常采用的是射频定位技术,而采用射频定位技术的地面雷电观测系统就被称为地基射频雷电定位系统,例如著名的北美闪电探测网(NALDN)就是一个地基射频雷电定位系统。

    而射频定位技术中主要分为两类:磁场定向法(磁向法,MDF)脉冲时间到达法(时差法,TOA),无论是 NALDN 还是 ADTD 两种方法全部采用了。下面分别介绍。

    一、磁场定向法

    最基础的磁场定向法就是将两个菱形线圈呈东西、南北向垂直放置。

    [​IMG]

    示意图(绘图水平比较糟糕,意思到了就可以~)

    当某处发生闪电时候,闪电相当于一根垂直导线,即可以激发水平磁场,而根据南北环接受到的信号,即可以解出闪电发生地的方向。

    [​IMG]

    闪电发生的俯视图

    所以最少要两个测站,就可以知道闪电发生的位置,这与地震监测有着十分相像的地方。

    [​IMG]

    二、脉冲时间到达法

    我们知道,可以认为电磁波以光速 c 的速度传播。

    而高中就有这样的数学题目,从 A 点发出的信号经过时间 [​IMG] 到达 B 点,而经过时间 [​IMG] 到达 C 点,A 点发出的信号到达 B\C 点的时间差即为 [​IMG] 。 则 A 点可能的轨迹就是以 B、C 为焦点的双曲函数。貌似叫双曲定位法

    [​IMG]

    所以,这种方法至少需要 3 个测站,即可以定位出闪电发生的位置。

    三、成网

    就像是监测地震,监测地闪为了将误差最小化,成网的观测是最好的选择。

    例如中国就建成了一个较为密集的雷电监测网。

    [​IMG]

    截至 2011 年,全国地闪监测站分布图 [1]

    最后再次说明内容:

    1、闪电监测中主要监测地闪

    2、主要监测的是地闪的位置

    3、得到位置之后就可以统计出一段时间内地闪发生的总次数

    [1] 王飞. 中国大陆地区地闪活动特征 — 基于 2008~2010 年全国地闪定位网监测数据的分析[A]. 第 28 届中国气象学会年会——S13 雷电物理、监测预警和防护[C]. 2011

    --

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