VLF/LF三维闪电监测定位系统的研制及初步试验结果

【作者】 马启明； 迟文学； 陈瑶； 任晓毓； 黄启俊； 周晓； 罗军； 胡钛；

【机构】 中国气象局气象探测中心； 武汉大学物理科学与技术学院； 中国科学院空间科学与应用研究中心；

【摘要】 目的我国目前使用的ADTD型闪电监测定位系统是中国科学院空间中心1997年研制的,经过14年变迁,设备也老化,技术也落后了,资料可信度明显下降了。本文采用现代技术及吸收最近几年闪电放电研究的成果,结合美国IMPACT-ESC及欧洲LINET系统的优点研制新型闪电探测系统,实现对国家雷电监测定位技术升级,升级后的国家闪电监测定位网既能探测云地闪,也能探测到云闪,并能探测到云闪的高度,实现了闪电的三维定位。方法 VLF/LF三维闪电探测系统通过接收闪电回击辐射的VLF/LF脉冲信号,采用TOA定位方法,实现闪电VLF/LF辐射源的时间、位置、高度、强度及极性等主要参数的三维定位,提高了定位精度与探测效率,全面探测云闪、云地闪及闪电高度。VLF/LF三维闪电探测仪采用了最新的超大规模现场可编程逻辑器件(FPGA)、片上可编程系统(SOPC)技术、模拟电子技术以及现代电子表面贴装工艺(SMT),使其高度集成化、小型化、低功耗化,有效的提高了稳定性和可靠性。三维闪电定位数据处理中心站软件具有高速、并行的数据解包和闪电精确定位功能,通过改进闪电定位算法,增强了数据质量控制能力。该软件能够准确判断云闪和云地闪,精确获取云闪高度,解决了三维迭代计算极值收敛性快速判断问题,保证了闪电定位的实效性。三维闪电图形显示信息系统以业务需求为出发点,充分利用地理信息系统(GIS)平台提供的空间数据处理和空间分析等功能,将探测到的云闪和云地闪数据在三维空间中显示。结论在北京市南郊观象台、天津大港、河北保定、河北张家口、河北丰宁、河北遵化建设6站试验网,共探测到20多万次闪电,其中2011年8月下旬2011年8月26日三维闪电探测仪组网监测到北京地区闪电共计3202次,其中云地闪629次(高度低于1公里以下定位结果),云闪2573次,闪电分布主要集中在北京市中部和南郊。云闪的高度主要集中在3-7公里,其中高度在5公里的云闪所占比例最多,和天气雷达资料对比一致。三维闪电探测资料将在我国航空安全飞行、人工影响天气、强对流天气的监测预警等领域获得广泛应用。更多还原