貴州省閃電定位系統雷暴日資料的評估分析

丁旻　陳春　劉蕓

摘要：貴州省ADTD閃電定位系統于2006年投入運營，ADTD1型閃電定位系統長期運營以來，其探測效率急需進行評估。本文采用2006～2012年貴州省人工觀測雷暴日資料與ADTD雷暴日資料進行對比分析，對人工觀測站不同半徑范圍內的雷暴日與ADTD雷暴日逐月進行統計擬合，得到相關性最好的半徑；并使用人工觀測站雷暴日資料評估ADTD1閃電定位系統的雷暴日探測效率。

關鍵詞：ADTD；雷暴日；探測效率

近年來，為了準確監測雷暴的活動，全國各地開始建立“雷電監測網”[13]。貴州省于2006年開始先后建成了ADTD閃電定位系統，07年首批建設成立監測網包括7個探測子站和一個數據處理中心站，7個探測子站自北向南依次為：桐梓、遵義、畢節、六盤水、貴陽、安順、都勻。09年完成第二批閃電定位儀的安裝建設，分別建在息烽、威寧、盤縣、三穗、榕江。每個閃電定位探測子站探測范圍為200km，將探測到的閃電發生時間、方位、強度和電磁輻射信號實時傳輸給中心站，由中心站進行實時定位處理。系統提供回擊發生的時間、經緯度、閃電強度、閃電極性等信息。目前貴州省運行的閃電定位儀共12套，基本覆蓋全省，為雷電預警預報提供了有力的探測數據。

1 人工觀測雷暴日資料

雷暴日是指某地區一年中有雷電放電的天數，用以表征不同地區雷電活動的頻繁程度。我國以觀測人員在觀測站看到或聽到雷聲作為雷暴日的統計依據[46]。但是，國外科學家研究發現，聽力好的人可以聽到20公里以外的雷聲，聽力不好的人連5公里處發生的雷電都聽不到；另外，聽力也與雷聲大小、背景噪聲及傳播路徑上有無障礙有關[7～9]。因此，貴州省于2012年停止了人工雷暴日的觀測，但是，利用此前真實可信的雷暴日觀測資料對目前的ADTD閃電定位雷暴日資料的可靠性進行評估是亟待完成也是極為必要的。

貴州省共有85個人工觀測站，本文利用20062012年貴州省12個ADTD1探測站點附近的人工觀測站的雷暴日資料，對比分析了人工觀測站雷暴日和不同半徑下（5、8、10、15km）的ADTD1觀測雷暴日的數據。

2 不同探測半徑下雷暴日與閃電資料的相關性分析

將人工觀測站雷暴日數據逐月進行統計， ADTD1閃電定位網雷暴日數據以觀測站范圍4種不同半徑逐月進行統計（5、8、10、15km），并將兩種數據進行線性擬合。圖1圖3分別為20062008年人工觀測雷暴日與ADTD1不同半徑下雷暴日的線性擬合圖，20082012年人工觀測雷暴日與ADTD1不同半徑下雷暴日的線性擬合圖（圖略）。

從圖1中可以看到，4種不同半徑范圍下兩者間的數據相關性分析結果為：5km：相關系數R2=0.532，斜率k=0.6314；8km：相關系數R2=0.6175，斜率k=0.8185；10km：相關系數R2=0.6045，斜率k=0.9568；15km：相關系數R2=0.6129，斜率k=1.2223。2006年在氣象觀測站半徑r=10 km的范圍內，人工觀測雷暴日資料與ADTD1閃電定位系統雷暴日資料的相關性最好。

從圖2中可以看到，4種不同半徑范圍下兩者間的數據相關性分析結果為：5km：相關系數R2=0.7007，斜率k=0.7266；8km：相關系數R2=0.7136，斜率k=0.9699；10km：相關系數R2=0.7367，斜率k=1.08；15km：相關系數R2=0.7666，斜率k=1.286。2007年在氣象觀測站半徑r=10 km的范圍內，人工觀測雷暴日資料與ADTD1閃電定位系統雷暴日資料的相關性最好。

從圖3 中可以看到，4種不同半徑范圍下兩者間的數據相關性分析結果為：5km：相關系數R2=0.5879，斜率k=0.8697；8km：相關系數R2=0.6267，斜率k=1.104；10km：相關系數R2=06399，斜率k=1.212；15km：相關系數R2=0.6568，斜率k=1.444。2008年人工觀測雷暴日與ADTD雷暴日之間相關系數很低，在氣象觀測站半徑r=8km的范圍內，人工觀測雷暴日資料與ADTD1閃電定位系統雷暴日資料的相關性最好。

2009年，4種不同半徑范圍下兩者間的數據相關性分析結果為：5km：相關系數R2=0.6719，斜率k=0.7771；8km：相關系數R2=0.6987，斜率k=1.061；10km：相關系數R2=0.6879，斜率k=1.227；15km：相關系數R2=0.6332，斜率k=1.486。2009年在氣象觀測站半徑r=8km的范圍內，人工觀測雷暴日資料與ADTD1閃電定位系統雷暴日資料的相關性最好。

2010年，4種不同半徑范圍下兩者間的數據相關性分析結果為：5km：相關系數R2=0.6654，斜率k=0.697；8km：相關系數R2=0.6126，斜率k=1.054；10km：相關系數R2=0.6521，斜率k=1.251；15km：相關系數R2=0.6249，斜率k=1.659。2010年在氣象觀測站半徑r=8 km的范圍內，人工觀測雷暴日資料與ADTD1閃電定位系統雷暴日資料的相關性最好。

2011年，4種不同半徑范圍下兩者間的數據相關性分析結果為：5km：相關系數R2=0.7611，斜率k=0.7978；8km：相關系數R2=0.7622，斜率k=1.136；10km：相關系數R2=0.7323，斜率k=1.34；15km：相關系數R2=0.6883，斜率k=1.78。2011年在氣象觀測站半徑r=8 km的范圍內，人工觀測雷暴日資料與ADTD1閃電定位系統雷暴日資料的相關性最好。

2012年，4種不同半徑范圍下兩者間的數據相關性分析結果為：5km：相關系數R2=0.7804，斜率k=0.6298；8km：相關系數R2=0.8389，斜率k=0.8718；10km：相關系數R2=0.8759，斜率k=1.02；15km：相關系數R2=0.844，斜率k=1.32。2012年在氣象觀測站半徑r=10 km的范圍內，人工觀測雷暴日資料與ADTD1閃電定位系統雷暴日資料的相關性最好。

從2006～2012年人工觀測雷暴日與ADTD1不同半徑下雷暴日的線性擬合得出，在20062008年，雷暴日資料與ADTD1閃電定位系統資料的相關性均值在0.6496，相關性較弱。

自2009年即第二批ADTD閃電定位系統投入使用后，兩數據之間的相關性明顯提高，均值達0.72，2006、2007、2012年在氣象觀測站半徑r=10 km的范圍內，人工觀測雷暴日資料與ADTD1閃電定位系統雷暴日資料的相關性最好，2008、2009、2010、2011年在氣象觀測站半徑r=8 km的范圍內，人工觀測雷暴日資料與ADTD1閃電定位系統雷暴日資料的相關性最好。這是由于2006～2008年，貴州省ADTD閃電定位系統僅建成7個子站，不能完全覆蓋貴州省所有地區，探測效率偏低。自2009年建成總共12個探測子站后，貴州省閃電定位網絡的探測效率明顯提高。

3 利用人工觀測站雷暴日資料評估ADTD1閃電探測效率

將有雷暴的概率定義為探測到至少一次閃電的概率，只要閃電次數大于1，探測到雷暴日的概率將隨著探測到閃電的概率的增加而增大。因此，將探測到閃電的概率與有雷暴的概率之間的關系表示為：

P（TD）=1-（1-Pf）n（31）

式中，n為閃電的數量，P（TD）為有雷暴的概率，Pf為探測到閃電的概率。

Reap R M等[10]提出了對雷電監測網定位結果進行評估的方法如下：

P（0）=xx+y（32）

式中，P（0）為有雷暴記錄且被雷電監測網所記錄的概率，x為有雷暴記錄且被雷電監測網所記錄的閃電天數，y為有雷暴記錄卻沒有被雷電監測網所記錄的閃電天數。

利用2006～2012年12個人工觀測站的雷暴數據對觀測站點最佳擬合半徑范圍內的ADTD1雷暴日數據進行評估，評估結果如圖4和圖5。

從圖4、圖5可以看到，2006～2012年ADTD1雷暴日探測效率均值分別為0.8371、0.892、0.7276、0.8564、0.8598、0.8756、0.8994，這說明利用ADTD1進行雷暴日探測的可行性較高。

2006～2008年的雷暴日探測效率略低于2009～2012年。

4 結論

1）2006、2007、2012年在氣象觀測站半徑r=10km的范圍內，人工觀測雷暴日資料與ADTD1雷暴日資料的相關性最好，2008～2011年在氣象觀測站半徑r=8km的范圍內，人工觀測雷暴日資料與ADTD1雷暴日資料的相關性最好；

2）使用人工觀測站資料評估ADTD1閃電定位系統的雷暴日探測效率，得出2006～2012年間12站的平均探測效率為84.89%，ADTD1雷暴日探測可靠性較高。但是由于人工觀測資料也受多種因素的影響，僅用人工觀測資料對ADTD1資料進行評估具有一定的局限性。

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