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《南京信息工程大学》 2011年
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地闪回击电磁场沿光滑有耗地表传播的模拟研究

刘晓东  
【摘要】:自然雷电的巨大电流和瞬变电磁场给电力、交通、通讯、森林等行业带来很大的危害,地闪回击的传播因大地有限电导率等因素的影响使得地基雷电的探测、雷电放电参数的反演及雷电电磁脉冲工程防护等方面带来了较大的不确定性。本文对有耗大地地表雷电电磁场传播特征及其对雷电定位误差的影响等方面进行了模拟研究与讨论。主要研究成果如下: (1)首先分析了理想大地情况下雷电先导、回击模式,运用Heidler函数、Heidler+双指数函数形式对人工引发雷电实验观测回击电流波形进行了拟合。以拟合基电流为参数选取MTLL工程回击模式计算了通道电荷密度的时空分布和无限大电导率下回击电磁场时空分布特征。 (2)通过假定先导通道的电荷均匀分布且随后的回击过程将先导通道的电荷完全中和,本文将源电荷先导模式和MTLL回击模式结合建立了先导—回击模型,对近距离先导—回击电场V型结构的波形特征进行了模拟分析,模拟结果表明在回击开始几十微秒以内,回击速度越大,引起的回击通道电荷密度越小,回击电场幅值越小。因此,基于地面测量的先导—回击电场差异来判断通道先导电荷是否被回击完全中和可能存在一定的不确定性。 (3)进一步研究了有耗大地地表雷电电磁场传播特征。提出了适用于有耗大地情况下雷电先导模式,分析了大地电容率对先导电场的影响;然后运用斜波法、表面阻抗法和Cooray-Rubinstein (CR)等有限电导率地闪回击电磁场传播算法,分析了单层均匀电导率、水平和垂直分层土壤电导率等对雷电回击电磁场传播规律的影响。 (4)通过对目前地基雷电探测主要技术的分析,得出场地误差是影响磁定向(MDF)定位误差的主要因素,然后选取了2001年甘肃平凉地区和2009年内蒙古中部地区闪电定位资料进行了场地误差优化,并选取雷达回波作为优化效果验证参考,结果表明优化后对应的闪电位置进入或接近雷达的强回波区,更接近于真实情况。 (5)影响时差到达法(TOA)定位误差的主要因素是土壤电导率。通过对不同土壤类型电导率下雷电电磁场传播的数值模拟,得出回击电磁场波形随着电导率的减小其上升沿时间明显增加,通过波头时间和观测距离拟合函数关系可用来计算闪电发生的距离或传播路径的电导率;磁感应强度幅值随着电导率的减小、观测距离的增加而衰减较大,通过与目前常用的反演雷电流强度的公式对比提出考虑土壤电导率情况下反演雷电流强度的修正曲线。
【学位授予单位】:南京信息工程大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:P427.32

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