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延安地区云地闪特征研究

李婷  
【摘要】:延安地处黄土高原,是陕西省雷电的高发区域,本文利用陕西省雷电定位系统资料分析了该地区地闪的时空分布特征及其可能的成因,为了进一步探究该地区的云地闪特征,文中比较分析了各种雷电流幅值累积概率的计算公式,引入雷电流概率密度公式,列举实例,详细分析了各累积概率公式所拟合的曲线与实测值所绘制曲线的误差,并用图例给出误差大小的直观比较,更清楚的反映出各误差大小给工程计算造成的后果;最后根据前面的分析结果写出该地区带有未知系数α、β的正确形式的雷电流累积概率计算公式,然后利用MATLAB的CFTOOL工具中的最小二乘曲线拟合方法对地闪进行拟合,求出拟合误差最小和拟合效果最好时的α、β值,从而得出该地区更为精确的雷电流幅值累积概率计算公式,并利用该地区2013年的雷电流数据对推导出的公式进行了准确性验证。主要结果如下:(1)云地闪中负地闪占绝大多数(96.34%),正地闪仅占3.66%;正地闪的平均雷电流幅值(强度,下同)为66.18kA,明显大于负地闪的平均雷电流幅值39.43kA;电流幅值为40-50kA的正地闪频次最高,达到691次,占全部正地闪次数14.84%,幅值为30-40kA的负地闪频次最高,达到41760次,占全部负地闪次数的32.06%。(2)地闪的发生有明显的日变化规律,负地闪日变化呈双峰分布,主峰出现在15:00-16:00,次峰出现在02:00-03:00,谷值出现在09:00-10:00,最大值约为最小值的9.67倍;从10:00-16:00,负地闪次数一直呈增加趋势,从16:00至次日01:00呈下降趋势,其中15:00-20:00均维持在较高值。正地闪的日变化相对于负地闪较为缓慢,总体也呈双峰分布,主峰出现在16:00-17:00,次峰出现在05:00-06:00,谷值出现在11:00-12:00,最大值为最小值的8.9倍。总地闪变化趋势特点和负地闪基本一致。(3)地闪的发生有明显的月变化规律,月变化峰值正闪比地闪、负闪早一个月出现。负闪发生次数在8月份最大,4月至10月呈上抛物线形状的趋势发生变化,先增大后减小,地闪具有与其相似的变化规律。正闪发生次数在7月份最大,4月到10月同样呈上抛物线形状发生变化,先增大后减小。由此可知该地区闪电多发生于6月至8月,其中8月份地闪、负闪次数分别占全年的40.11%、40.85%,7月正闪占全年的26.46%。(4)地闪最高值区出现在黄龙,最低值区出现在吴起。正地闪、负地闪高发区基本一致,集中在安塞-延安-黄龙一带,呈西北-东南走向以及富县地区。(5)通过对各雷电流幅值累积概率公式的比较分析,得出利用规程公式会给计算结果带来很大误差,而利用IEEE Std和CIGRE推荐公式也会给计算结果带来误差,但相比利用规程公式所造成的误差明显减小,并发现在小幅值雷电流时,误差比较大。(6)拟合出适合该地区的雷电流幅值累计概率计算公式,得出当α=36.04,β=4.349时,拟合误差最小,拟合效果最好,并且发现当雷电流Ic在0-150kA时,拟合误差在-0.025-0.018这个范围变化,当Ic=35kA时,拟合误差最大,为0.025,当Ic大于150kA时,拟合误差趋于0。(7)利用延安地区2013的雷电流幅值数据对推导出的公式进行了准确性验证。结果表明利用本文所推导的公式比利用IEEE Std推荐公式、CIGRE公式更能准确的拟合该地区雷电流幅值累积概率的分布特征,其拟合的曲线与实测值数据绘制的曲线最为相似,从而表明所推导的公式具有良好的准确性和实用性。


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