模拟研究粗糙地表对雷电水平电场的影响
(0) 雷电辐射电磁场的水平电场分量在计算架空线路耦合电压方面占据非常重要的地位,然而对于粗糙地表或海-陆交接复杂地表这些更加接近真实情况下的雷电水平电场的研究还很少.本文利用二维分形布朗运动(fBm)模型模拟高低不平的陆地表面,利用一种改进的分形方法模拟海洋表面,并且结合两种方法模拟出更加复杂的海-陆交接粗糙地表面.在得到不同粗糙地表轮廓的基础上,使用Barrick 提出的方法计算得到不同粗糙表面情况下的等效表面阻抗,最后采用Cooray-Rubinstein(C-R)近似算法计算雷电辐射电磁场中的水平电场分量,进而分析粗糙陆地表面对雷电水平电场产生的影响以及海-陆交接复杂地表对水平电场产生的影响.在模拟研究粗糙陆地对雷电水平电场的影响时,计算了距离雷电通道200m 和1km 处的水平电场,陆地电导率选取0.01S/m 和0.001S/m,陆地的高度均方根分别设置为0m 和10m.模拟结果表明,当雷电辐射电磁场沿粗糙陆地表面传播时,水平电场分量开始阶段的负峰值随着陆地粗糙程度的增加而减小,并且随着陆地电导率增加或观测距离减小,则水平电场受粗糙度的影响会变得更加明显.同时文章模拟了C-R 公式中的(0,W d,jw) ？Z因子与陆地粗糙度和土壤电导率的关系,结果表明,无论是陆地表面粗糙程度增加或是土壤电导率上升都会导致W(0,d,jw) ？Z因子变小.在模拟研究海-陆交接复杂地表对雷电水平电场的影响时,同样计算距离雷电通道200m 和1km 处的水平电场,其中陆地部分长度固定设为100m,而海洋部分长度则设为100m 和900m.陆地高低起伏以及海浪高度分别设为10m 和2m.模拟结果表明,当雷电辐射电磁场沿海-陆交接复杂地表传播时,雷电水平电场波形具有双极性特征,即在较短时间内雷电水平电场出现负变化,而在随后发生正变化.沿混合路径传播的水平电场峰值随着陆地部分粗糙度的增加出现明显的减小,而2m 的海浪起伏对雷电水平电场的影响可以忽略.另外,无论雷电辐射电磁场沿粗糙陆地表面或沿海-陆交接复杂地表传播,电导率的减小或观测距离的增加都会使雷电水平电场负峰值出现明显的滞后现象.
粗糙地表 雷电水平电场 有效表面阻抗 衰减函数
高金阁 张其林 李东帅 樊艳峰 张源源
南京信息工程大学气象灾害省部共建教育部重点实验室,南京 210044;南京信息工程大学大气物理学院,南京 210044
国内会议
沈阳
中文
1-11
2012-09-01（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）