贵州省闪电定位系统雷暴日资料的评估分析

DOI：10.19392/j. cnki. 1671-7341.201713113

贵州省闪电定位系统雷暴日资料的评估分析

丁旻陈春刘芸

贵州省气象灾害防御技术中心贵州贵阳550081

摘要：贵州省ADTD闪电定位系统于2006年投入运营，ADTD-1型闪电定位系统长期运营以来，其探测效率急需进行评估。 本文采用2006〜2012年贵州省人工观测雷暴日资料与ADTD雷暴日资料进行对比分析，对人工观测站不同半径范围内的雷暴日 与ADTD雷暴日逐月进行统计拟合，得到相关性最好的半径；并使用人工观测站雷暴日资料评估ADTD-1闪电定位系统的雷暴日 探测效率。

关键词：ADTD;雷暴日；探测效率近年来，为了准确监测雷暴的活动，全国各地开始建立“雷 电监测网”[12]。贵州省于2006年开始先后建成了 ADTD闪电 定位系统，07年首批建设成立监测网包括7个探测子站和一个 数据处理中心站，7个探测子站自北向南依次为:桐梓、遵义、毕 节、六盘水、贵阳、安顺、都匀。09年完成第二批闪电定位仪的 安装建设，分别建在息烽、威宁、盘县、三穗、榕江。每个闪电定 位探测子站探测范围为200km，将探测到的闪电发生时间、方 位、强度和电磁辐射信号实时传输给中心站，由中心站进行实 时定位处理。系统提供回击发生的时间、经纬度、闪电强度、闪 电极性等信息。目前贵州省运行的闪电定位仪共12套，基本 覆盖全省，为雷电预警预报提供了有力的探测数据。

1人工观测雷暴日资料

雷暴日是指某地区一年中有雷电放电的天数，用以表征不 同地区雷电活动的频繁程度。我国以观测人员在观测站看到或 听到雷声作为雷暴日的统计依据[42]。但是，国外科学家研究发 现，听力好的人可以听到20公里以外的雷声，听力不好的人连5 公里处发生的雷电都听不到-另外，听力也与雷声大小、背景噪 声及传播路径上有无障碍有关[7~9]。因此，贵州省于2012年停 止了人工雷暴日的观测，但是，利用此前真实可信的雷暴日观测 资料对目前的ADTD闪电定位雷暴日资料的可靠性进行评估是 亟待完成也是极为必要的。贵州省共有85个人工观测站，本文 利用2006-2012年贵州省12个ADTD-1探测站点附近的人工观 测站的雷暴日资料，对比分析了人工观测站雷暴日和不同半径 下(5、8、10、15^)的=!丁！1观测雷暴日的数据。2不同探测半径下雷暴日与闪电资料的相关性分析

将人工观测站雷暴日数据逐月进行统计，ADTD-1闪电定 位网雷暴日数据以观测站范围4种不同半径逐月进行统计(5、 8、10、15km)，并将两种数据进行线性拟合。图1-图3分别为 2006-2008年人工观测雷暴日与ADTD-1不同半径下雷暴日的 线性拟合图，2008-2012年人工观测雷暴日与ADTD-1不同半径 下雷暴日的线性拟合图（图略）。

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i图1 2006年人工观测雷暴日与ADTD-1不同半径下

雷暴日的线性拟合128

从图1中可以看到，4种不同半径范围下两者间的数据相

关性分析结果为:5km:相关系数N = 0. 532，斜率'=0. 6314 - 8km:相关系数N2 = 0. 6175，斜率'=0. 8185 - 10km:相关系数N2 =0. 6045，斜率'=0. 9568 - 15km:相关系数 N2 = 0. 6129，斜率' = 1.2223。2006年在气象观测站半径r = 10 km的范围内，人 工观测雷暴日资料与E171-1闪电定位系统雷暴日资料的相关 性最好。

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H#

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人工观测雷暴日/d

图2 2007年不同半径下人工观测雷暴日与

ADTD-1地闪数据的线性拟合

从图2中可以看到，4种不同半径范围下两者间的数据相 关性分析结果为!Ekm!相关系数N2 = 0. 7007，斜率'=0. 7266 - 8km:相关系数N2 = 0. 7136，斜率'=0. 9699 - 10km:相关系数N2 =0. 7367，斜率'=1. 08 - 15km:相关系数 N2 = 0. 7666，斜率'= 1. 286# 2007年在气象观测站半径r = 10 km的范围内，人工观 测雷暴日资料与E171-1闪电定位系统雷暴日资料的相关性 最好。

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i人工观测雷暴日/d

图3 2008年不同半径下人工观测雷暴日与

ADTD-1地闪数据的线性拟合

科技风2017年7月上

从图3中可以看到，4种不同半径范围下两者间的数据相 关性分析结果为!5km!相关系数N = 0. 5879，斜率'=0. 8697 - 8km:相关系数N =0.6267，斜率' = 1. 104; 10km:相关系数N =06399，斜率'=1. 212 - 15km:相关系数 N = 0. 6568，斜率'=

环境科学

为有雷暴记录且被雷电监测网所记录的闪电天数，#为有雷暴 记录却没有被雷电监测网所记录的闪电天数。

利用2006〜2012年12个人工观测站的雷暴数据对观测站 点最佳拟合半径范围内的ADTD-1雷暴日数据进行评估，评估

1. 444# 2008年人工观测雷暴日与ADTD雷暴日之间相关系数 结果如图4和图5。

很低，在气象观测站半径r = 8km的范围内，人工观测雷暴日资 料与ADTD-1闪电定位系统雷暴日资料的相关性最好。2009年，4种不同半径范围下两者间的数据相关性分析结 果为:5km:相关系数N =0.6719,斜率'=0.7771;8km:相关系 数 N = 0. 6987，斜率'=1. 061; 10km:相关系数 N = 0. 6879，斜 率'=1. 227; 15km:相关系数 N = 0. 6332,斜率'=1. 486。 2009年在气象观测站半径r = 8km的范围内，人工观测雷暴日 资料与ADTD-1闪电定位系统雷暴日资料的相关性最好。2010年，4种不同半径范围下两者间的数据相关性分析结 果为:5km:相关系数N = 0. 6654，斜率'=0. 697 ; 8km:相关系 数 N = 0. 6126，斜率'=1. 054; 10km:相关系数 N = 0. 6521，斜 率'=1. 251; 15km:相关系数 N = 0. 6249,斜率'=1. 659。 2010年在气象观测站半径r = 8 km的范围内，人工观测雷暴日 资料与ADTD-1闪电定位系统雷暴日资料的相关性最好。2011年，4种不同半径范围下两者间的数据相关性分析结 果为:5km:相关系数N = 0. 7611，斜率'=0. 7978 ; 8km:相关系 数 N = 0.7622,斜率' = 1. 136; 10km:相关系数 N =0.7323,斜 率' = 1. 34; 15km:相关系数 N =0. 6883,斜率'=1. 78。2011 年在气象观测站半径r = 8 km的范围内，人工观测雷暴日资料 与E171-1闪电定位系统雷暴日资料的相关性最好。

2012年，4种不同半径范围下两者间的数据相关性分析结 果为:5km:相关系数N = 0. 7804，斜率'=0. 6298 ; 8km:相关系 数 N = 0. 8389,斜率'=0. 8718; 10km:相关系数 N =0. 8759, 斜率'=1. 02; 15km:相关系数 N = 0. 844，斜率'=1. 32。2012 年在气象观测站半径r = 10 km的范围内，人工观测雷暴日资料 与ADTD-1闪电定位系统雷暴日资料的相关性最好。

从2006〜2012年人工观测雷暴日与ADTD-1不同半径下 雷暴日的线性拟合得出，在2006-2008年，雷暴日资料与ADTD- 1闪电定位系统资料的相关性均值在0. 6496，相关性较弱。自2009年即第二批ADTD闪电定位系统投入使用后，两 数据之间的相关性明显提高，均值达0. 72，2006、2007、2012年 在气象观测站半径r = 10 km的范围内，人工观测雷暴日资料与 ADTD-1闪电定位系统雷暴日资料的相关性最好，2008、2009、

2010、2011年在气象观测站半径r = 8 km的范围内，人工观测 雷暴日资料与ADTD-1闪电定位系统雷暴日资料的相关性最 好。这是由于2006〜2008年，贵州省ADTD闪电定位系统仅建 成7个子站，不能完全覆盖贵州省所有地区，探测效率偏低。

自2009年建成总共12个探测子站后，贵州省闪电定位网络的 探测效率明显提高。

3利用人工观测站雷暴日资料评估ADTD-1闪电探测效率将有雷暴的概率定义为探测到至少一次闪电的概率，只要 闪电次数大于1，探测到雷暴日的概率将随着探测到闪电的概 率的增加而增大。因此，将探测到闪电的概率与有雷暴的概率 之间的关系表示为：

$ 1 5 ( 1 _;/) = (32)

式中，-为闪电的数量，为有雷暴的概率，Py为探测 到闪电的概率。

Reap RM等[10]提出了对雷电监测网定位结果进行评估的 方法如下：

;(0)=—\"■ 、’ —+ #

(32)

式中，；(0)为有雷暴记录且被雷电监测网所记录的概率，—# # # # 4^ # # ^ # #

站点名称

2006年

■ 2007年

―

―

2008年

图4 2006〜2008年ADTD-1雷暴日探测效率

2009年-\"•\"•2站点010年名 称2011年-2012

图5 2009〜2012年ADTD-1雷暴日探测效率

从图4、图5可以看到，2006〜2012年ADTD-1雷暴日探测 效率均值分别为 0. 8371、0. 892、0. 7276、0. 8564、0. 8598、0. 8756、0.8994，这说明利用ADTD-1进行雷暴日探测的可行性较高。

2006〜2008年的雷暴日探测效率略低于2009〜2012年。

4结论1) 2006、2007、2012年在气象观测站半径r = 10km的范围内，人工观测雷暴日资料与ADTD-1雷暴日资料的相关性最好， 2008〜2011年在气象观测站半径r = 8km的范围内，人工观测 雷暴日资料与ADTD2雷暴日资料的相关性最好；2) 使用人工观测站资料评估ADTD-1闪电定位系统的雷 暴日探测效率，得出2006〜2012年间12站的平均探测效率为 84.89%，ADTD-1雷暴日探测可靠性较高。但是由于人工观测 资料也受多种因素的影响，仅用人工观测资料对ADTD-1资料 进行评估具有一定的局限性。参考文献：[1] 赵让元，潘威炎.国内外雷电探测研究.电波与天1999,4:1-11.

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