当前世界环境gydF4y2Ba

介绍gydF4y2Ba

许多领域的专家都面临着雷电防护和雷电放电空间分布评估的问题。高层建筑和地盘发展的数目增加;易燃易爆物质广泛应用于工业;对雷电放电引起的干扰作出反应的敏感电子器件越来越多地应用于电子和通信领域。因此，雷电放电可能造成损害，业务中断，在某些情况下甚至是致命的。gydF4y2Ba

在许多国家，包括哈萨克斯坦，闪电资料的主要来源仍然是气象站提供的视觉和听觉观测和时间仪器观测(例如在机场)。目前，哈萨克斯坦共有328个气象站。闪电活动探测的视觉和听觉方法可以确定~15公里半径内的闪电。因此，一个观测站的观测可覆盖约707公里gydF4y2Ba^2gydF4y2Ba区域和328个站点可提供约232000公里的闪电活动信息gydF4y2Ba^2gydF4y2Ba(占全国面积的8.5%)。大多数观测站都位于我国的居民区，然而闪电的时空分布不仅对安全很重要，而且对科学也很重要。例如，有一个假设，闪电分布的不均匀可能是由不同岩石类型的电导率不同造成的(Sokolov, S, 2008;纳尔逊,人力资源,2013;Sibert J.， 2013)，并有可能使用闪电数据进行自然资源定位(Sibert J.， 2013)。gydF4y2Ba

此外，对于对电力行业物体的防雷动作进行评估是必要的详细的雷电排放的地图。闪电放电签名是计算电力传输线上的电感电压，接地装置，继电器中继器。哈萨克斯坦的大面积没有被闪电观测站覆盖;有必要开发避免危害估计的方法，不仅在定性水平。gydF4y2Ba

本研究的目的是基于全球电磁传感器科学网络的低频范围闪电干扰探测数据，提供哈萨克斯坦雷电干扰的时空分布。gydF4y2Ba

结果基于2016年3 - 10月闪电事件数据的收集、处理和可视化。gydF4y2Ba

数据和方法gydF4y2Ba

这项研究的基础数据是由地面闪电定位系统WWLLN(全球闪电定位网络)接收的一些闪电放电。闪电定位的方法是利用信号到达远端天线的时间差(TOGA方法-群到达时间)来确定闪电放电的距离(Dowden, R.L.，2002)。需要至少5个站的数据。观测站可以设在距离雷击放电数千公里的地方。目前，该网络在全球范围内共有70个站点，最新研究表明，全球范围内30ka电流速率的闪电探测平均效率约为30%。需要指出的是，网络的效率是基于探测到的闪电放电的数量相对于总数量。gydF4y2Ba

自2015年以来，哈萨克斯坦闪电探测网络(KazLDN)一直由空间技术和技术研究所开发(Inchin, a.s.，2016)。在哈萨克斯坦东南地区雷暴监测项目的框架内，开发了用于近地表电磁场强度测量的分布式传感器网络。极低频(3- 300khz)电磁场干扰数据从传感器采集，并存储在KazLDN服务器的数据库中。gydF4y2Ba

从2016年开始，WWLLN数据也采集到KazLDN服务器，进一步对比闪电放电位置的确定结果。WWLLN提供开放访问数据1小时，延迟6小时gydF4y2Ba* .kml.gydF4y2Ba透过计划网站(gydF4y2Bawwlln.netgydF4y2Ba）。开发了WWLLN服务器的每小时自动数据读数的脚本。40gydF4y2Ba^ogydF4y2Ba-56年gydF4y2Ba^ogydF4y2BaN和46gydF4y2Ba^ogydF4y2Ba-88gydF4y2Ba^ogydF4y2Ba选择E区域用于数据选择。放电时间（到分钟精度），位置（经度和纬度），残差（以微秒为单位，1μs〜0,3km）和注册站的数量（不小于5）被存储用于由WWLLN检测到的每个避雷放电．gydF4y2Ba

选取2016年3月至10月整个闪电季节的日、月和数据，分析哈萨克斯坦境内的闪电活动。gydF4y2Ba

闪电放电密度和闪电时间落在球形矩形上，在一个子午线和纬度的长度1gydF4y2Ba^ogydF4y2Ba提取。使用SURFER软件对结果进行可视化表示(gydF4y2Bahttp://www.goldensoftware.com/products/surfergydF4y2Ba）。gydF4y2Ba

结果与讨论gydF4y2Ba

通过上述方法，选择了必要的数据，得到了以下结果。gydF4y2Ba

总共，在2016年3月 - 10月在共和国境内（40gydF4y2Ba^ogydF4y2Ba-56年gydF4y2Ba^ogydF4y2BaN, 46gydF4y2Ba^ogydF4y2Ba-88gydF4y2Ba^ogydF4y2Bae）检测到WWLLN网络的1,151,001个事件。我们考虑每次闪电放电作为事件。在图1中显示了指定时间数月的雷电排放分布的直方图。gydF4y2Ba

可以看出，闪电放电大多发生在夏季，5 - 8月，7月最大。几乎93%的事件都发生在这一时期。一些冬季中风被观察到，但这类事件的数量相对于夏季事件来说并不高，在这项研究中没有考虑。gydF4y2Ba

图一:3月起闪电放电分布图gydF4y2Ba 直到10月gydF4y2Ba 点击这里查看图gydF4y2Ba

每月闪电活动gydF4y2Ba

获得闪电活动分布（图2）的曲线。5月份的每日笔划数是3 000 - 5 000，除了这个号码超过25 000的月份的最后几天。在6月份，7月，每日平均笔画数量为10 000和15 000。3月，4月和10月闪电活动一般都有偶然的性格。5月（30和31日）和7月份（6和7日，25日和26日）的几天是全年最强烈的暴风雨日期。每天每天有超过24 000次闪电放电。gydF4y2Ba

图二:闪电活动月线图gydF4y2Ba 点击这里查看图gydF4y2Ba

每日闪电活动gydF4y2Ba

众所周知，白天的闪电活动是不均匀的，因此根据时间的冲程分布的数量是感兴趣的。哈萨克斯坦有2个时间区+6 UTC（中心和东部）和+5 UTC（共和国以西）。为了评估普遍倾向，我们忽略了这种差异。在图3中，显示了大多数笔触的两种情况下每日雷暴活动的曲线。在图3A中，提出了根据一天5月30日至6月1日至6月6日的时间（当地时间）的次数，并于图3B-- 7月6日至7月8日。注意，在两种情况下，在两种情况下，在8-9点和午夜时期。观察到下午1-3点最高的高闪电活动。gydF4y2Ba

闪电活动空间分布gydF4y2Ba

如前所述，对哈萨克斯坦地区闪电活动的研究仅限于座标40o-56o N和46o - 88o e。本文给出了该地区闪电活动的纬向和纵向分布(图4)。gydF4y2Ba

图3:5月30日至6月1日(a)和7月6日至8日(b)的每日闪电活动gydF4y2Ba 点击这里查看图gydF4y2Ba

图4:哈萨克斯坦闪电活动的纬向(a)和纵向(b)分布gydF4y2Ba 点击这里查看图gydF4y2Ba

从图4(a)可以看出，闪电活动最小的区域是在北纬43-45o之间。据推测，这是由于在这些纬度的地区大部分是哈萨克斯坦和乌兹别克斯坦南部的沙漠地带gydF4y2Ba^ogydF4y2Ba-51年gydF4y2Ba^ogydF4y2Ba北纬主要位于哈萨克斯坦境内。在这里，整个经度每年大约有95000次闪电活动。至于纵向分布，我们在64处看到一个最小值gydF4y2Ba^ogydF4y2Ba这是因为这里的干旱和沙漠地区。此外，72日闪电活动呈经度和局地最大值稳定增加gydF4y2Ba^ogydF4y2BaE.它与事实有关，在国家的南部是山区和哈萨克高地在国家的中部部分在这个经度。gydF4y2Ba

2016年闪电时数gydF4y2Ba

对哈萨克斯坦2016年闪电时数进行了估算。结果的映射显示在图5中。gydF4y2Ba

图5:闪电的时数图gydF4y2Ba 哈萨克斯坦在2016年gydF4y2Ba 点击这里查看图gydF4y2Ba

这些估计是1gydF4y2Ba^ogydF4y2Bax1gydF4y2Ba^ogydF4y2Ba提供了垃圾箱(总共615个垃圾箱)。通常，这种估计是基于对地面闪电放电密度分布的视觉和听觉观测，以1公里的闪电次数表示gydF4y2Ba^2gydF4y2Ba地表面积的变化。这样，以平方公里获得划水次数，以项目次数为1gydF4y2Ba^ogydF4y2BaN…1gydF4y2Ba^ogydF4y2BaBin是必要的，以划分这个区域的细胞。由于细胞的面积取决于经度和纬度是不同的，在这里应用通用方法是不可能的。gydF4y2Ba

然而，对一些细胞进行了定量比较。例如，对于单元格48gydF4y2Ba^ogydF4y2Ba-49年gydF4y2Ba^ogydF4y2Ban和75.gydF4y2Ba^ogydF4y2Ba-76gydF4y2Ba^ogydF4y2Ba面积是8 194公里gydF4y2Ba^2gydF4y2Ba．gydF4y2Ba

以子午线和纬度和(以度为单位)为界的球面S的空间面积由式(1)计算:gydF4y2Ba

在哪里，R - 地球的半径。gydF4y2Ba

如果r = 6371.302公里，那么gydF4y2Ba

根据WWLLN数据，该地区有2 035个笔划。因此，对于这种细胞，1公里的笔划数gydF4y2Ba^2gydF4y2Ba（N.gydF4y2Ba_ggydF4y2Ba)是~0,25冲程/公里gydF4y2Ba^2gydF4y2Ba．从这里，可以确定几小时雷暴的持续时间gydF4y2Ba_dgydF4y2Ba由式(2)[7]:gydF4y2Ba

我们得到雷暴持续时间为给定的细胞约3.7小时。让我们将这一结果与图6地图上的数值进行比较，这些数值取自“为建筑物及构筑物提供防雷指引”(RD 34.21.222- 87,1987)。gydF4y2Ba

图6：平均闪电持续时间的地图的段gydF4y2Ba 几小时后到达欧亚大陆gydF4y2Ba 点击这里查看图gydF4y2Ba

在这张地图上，我们可以看到，对于考虑的细胞，每年雷暴的平均持续时间是20到40小时，比我们的值高出5-10倍。55-56号牢房gydF4y2Ba^ogydF4y2Ban - 85.gydF4y2Ba^ogydF4y2Ba-86gydF4y2Ba^ogydF4y2BaE N.gydF4y2Ba_ggydF4y2Ba值= 0,18冲程/公里gydF4y2Ba^2gydF4y2BaTgydF4y2Ba_dgydF4y2Ba= 2,61（从图6 40-60小时）与来自托木斯克地区（俄罗斯联邦）的另一种科学家（俄罗斯联邦）获得的结果也不同。在（Gorbatenko，V.，2009）中，他们表明，该地区的雷电排放密度从0.8到2,2冲程/ km变化gydF4y2Ba^2gydF4y2Ba．这种差异的原因，可以在进一步的研究中，基于长期的统计数据。gydF4y2Ba

2016年的中风密度gydF4y2Ba

基于WWLLN网络2016年数据的闪电放电密度图如图7所示。这里的密度是网络在每个区域单位探测到的闪电放电数。还提供了垃圾箱1Ñ…10o的估计。gydF4y2Ba

从图7中可以看出2016年哈萨克斯坦雷电最危险的区域。在一年中观测到的年闪电数量最多的是在哈萨克斯坦东部地区靠近Semey和Ust-Kamenogorsk城市，在巴夫洛达尔地区，在哈萨克斯坦西部的Atyrau和西哈萨克斯坦地区，以及咸海北部。最小的中风病例出现在克孜洛尔达地区。gydF4y2Ba

图7：基于2016年的WWLLN数据的笔划密度图gydF4y2Ba 点击这里查看图gydF4y2Ba

结论gydF4y2Ba

完成了基于WWLLN网络数据的哈萨克斯坦地区雷电活动的空间时间分布研究。2016年最多的雷电排放是夏季 - 从5月到8月，7月最多。每日闪电率在8-9点和午夜和高活动处具有较低的活动。空间分布分析显示，最少的闪电活动在43-45之内gydF4y2Ba^ogydF4y2Ba纵向分布的最小值为64gydF4y2Ba^ogydF4y2BaE。gydF4y2Ba

有关哈萨克斯坦闪电时数和闪电密度的地图已获得。计算了每平方公里的闪电次数和闪电持续时间。将所得结果与旧地图的小时平均闪电持续时间进行了比较。现在，WWLLN网络是哈萨克斯坦整个地区唯一可用的闪电放电数据来源。第一个结果显示，即使在全球范围内公布的闪电放电登记平均有效性为30%，与从视觉和听觉观测以及本地自动探测系统接收的数据相比，雷暴小时数的结果仍被严重低估。因此，可以得出这样的结论:在哈萨克斯坦地区WWLLN网络实际探测闪电放电的平均效率可能是5-10%。但是，这很难估计，因为不同领域的效率不同。首先，从实际情况可以看出，WWLLN的站间距是不等的。然而，进一步的研究需要更多的时间来证实这些说法。gydF4y2Ba

综上所述，雷电自动探测网络的发展是哈萨克斯坦的需要。由于我们的网络处于近站位置，我们将获得更详细的闪电数据。这样的网络已经建立，并将于2017年投入使用。gydF4y2Ba

致谢gydF4y2Ba

这项工作得到了哈萨克斯坦共和国教育和科学部0100/GF4基金的支持。gydF4y2Ba

参考gydF4y2Ba

1. 索olov, S.， Kulikov, V.， Snegurov, A.闪电活动与卡雷利亚地质关系研究的新进展。“地壳结构与深部地球的关系”第14届国际会议资料，北京，2008gydF4y2Ba
2. Nelson，H.R.，Jr.，Siebert，D. James，以及Denham，L.R.闪电数据 - ð新地球物理数据类型.AAPG 2013年度公约，匹兹堡，宾夕法尼亚州，2013年gydF4y2Ba
3. 闪电-管道保护的新关键。gydF4y2Ba管道和天然气期刊gydF4y2Ba，gydF4y2Ba241gydF4y2Ba（2），2013gydF4y2Ba
4. 纳尔逊人力资源,Jr .)gydF4y2Ba等gydF4y2Ba．地下自然资源定位方法，美国专利US 8,344,721 B2gydF4y2Ba
5. 多地点群到达时间(TOGA)的VLF闪电定位。gydF4y2Ba大气和太阳陆地物理学杂志gydF4y2Ba，gydF4y2Ba64gydF4y2Ba(7), 817 - 830, 2002gydF4y2Ba
   CrossRefgydF4y2Ba
6. Inchin, a.s.， Lozbin, A.Yu。等。在哈萨克斯坦建立大气-岩石圈耦合研究闪电探测网络。雷击探测技术，中国科学(d辑:地球科学)，2016,42 (6):758 - 764gydF4y2Ba
7. RD 34.21.222-87。建筑物和设施防雷手册。- m。: Minenergo, 1987年。gydF4y2Ba
8. Gorbatenko，V.，Ershova，T.，Konstantinova，D.西西伯利亚地区云地灯光密度的空间分布。汤姆斯州立大学的年度。329,251-255,2009gydF4y2Ba