远距离地闪回击ELF/VLF电磁场传播特性的模拟分析

来源：高原气象杂志2018年第4期北京时间：

作者：冯建伟;侯文豪;范雪;王磊;周磊;肖冬

单位：苏州市气象局, 江苏 苏州 215131;南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室/气候与环境变化国际合作联合实验室/气象灾害预报预警与评估协同创新中心/中国气象局气溶胶与云降水重点开放实验室, 江苏 南京 210044;南京信息工程大学滨江学院, 江苏 南京 210044;云南电力试验研究院(集团)有限公司, 云南 昆明 650217;云南电网有限责任公司昆明供电局, 云南 昆明 650011

摘要：闪电放电产生的频谱范围从几赫兹到几十兆赫兹，但是多数电磁场能量集中在低频和甚低频区。建立了一种新的更简便的近似解析算法来计算中远距离闪电回击电磁场。该近似算法将电磁波沿不同性质复杂地表传播的衰减函数在频域上分化为电导率衰减和地表曲率衰减两个函数的卷积，这样衰减函数物理意义更为明确，避开了和原来复杂的高震荡艾里函数有关的微分方程求解过程，计算过程大幅简化。通过繁琐繁杂但高精度的牛顿迭代求解法验证，证明了本文近似算法能很好的计算中距离闪电回击辐射场的幅值、波头时间等参量，在地面电导率为4 S·m-1，0.01 S·m-1和0.001 S·m-1时近似算法的最大误差分别为0.2%，3.3%和8.7%。简化后使得计算效率大大提高，同时通过精度对比，发现提出的近似算法精度是比较理想的。因此，该研究结果更加方便有效地解决了远距离雷电电磁波传播和放电参量的反演。此外计算发现地球曲面对中距离电磁场的传播具有明显的影响。比如，在地球曲面的影响下1 500 km处闪电回击ELF/VLF辐射电磁场的幅值仅仅为平坦地表情况的30%~40%，500 km处闪电回击ELF/VLF辐射电磁场的幅值仅仅为平坦地表情况的75%~80%。

关键词：闪电回击;ELF/VLF辐射场;电导率衰减因子;地表曲率衰减因子

基金资助：国家自然科学基金面上项目（4775006，41575004）；苏州市科技计划项目（SS201741）；江苏省气象局面上科研项目（KM201609）；配电网综合防雷体系研究与工程示范项目（YNKJQQ00000274）