基于多站大气电场的雷暴云等效电荷反演算法研究

发布时间：2021-03-16 13:56

　　在大气电学研究中,地面静电场的观测是很重要的一部分,在地面处对电场进行实时探测成为研究雷暴特征、原理的主要手段之一。通过雷暴地面电场的观测数据分析可以得到闪电的分形特征,加强对闪电物理特性的认识。多站组网可反演得到雷暴云强电荷中心的演变和分布信息参数。雷暴云电荷结构反演问题是复杂的非线性反演过程,设定的模型存在较多的假设与估计,计算结果受很多因素影响,算法的性能直接关系反演的精度。本文针对雷暴云电荷结构反演中涉及的问题,以如何提高反演拟合优度为出发点,将粒子群法和牛顿法通过镶嵌混合结构形式结合,并构造混合概率函数来控制混合时机,提出了一种雷暴云等效电荷混合反演算法。通过对子算法进行选择,完善了粒子群法、牛顿法的搜索特性,同时对粒子群算法约束力和惯性权重的改进提高粒子群的全局搜索能力。选择镶嵌混合结构形式通过建立混合概率密度函数将牛顿法融入到粒子群方法中。利用与非线性最小二乘法的比较对提出的算法性能进行了评估,结果显示该算法收敛效果良好,拟合优度更佳,同时也未过分的加大计算时间。基于我们提出的雷暴云等效电荷混合反演算法对雷暴云电荷分布模式的有效性、站点分布的有效性进行分析,探讨电荷分布模... 

【文章来源】：南京信息工程大学江苏省

【文章页数】：66 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

由地面电场拟合计算得到的雷暴云电荷结构随时间的演变特征

测站的时间差值。如图2.2所示，闪电声波的入射方向可以利用闪电发生伴随的声波到达麦克风阵列每一个话筒的时间差来确定。利用到达话筒阵的闪电信号声光差，对方向射线进行数学回归，可以追踪到放电源的大概方位。通过声音信号和光脉冲信号传播到麦克风的时间差，可以确定声源点与麦克风阵列的距离。若假定大气是均质的，则声音在空气中沿直线传播。这时，由雷声信号的方向射线以及声源点的距离可以反演得到声源点的三维信息，通道不同位置的声源点即可刻画出闪电通道。但是该方法单独无法给出电荷量的相关信息。11

果距离r通过声光探测得到融入，则只需要一个测站即可实现电荷源的定位。图2.3为他们得到的闪电放电过程每100ms电荷源的位置（数字排序对应于放电的先后顺序）。12

【参考文献】：
期刊论文
[1]地面建筑物(群)对雷暴云大气电场影响的模拟研究[J]. 耿雪莹,张其林,刘明远.  气象科技. 2012(05)
[2]利用Matlab研究尖端导体附近的电场特征及其应用[J]. 杨耀,刘杰,陈徐,施敏,钟澄.  信息通信. 2011(05)
[3]地面电场仪测量数据的误差来源及分析处理[J]. 杨仲江,朱浩,唐宏科,杨天琦.  大气科学学报. 2010(06)
[4]利用地面电场对中川地区一次雷暴过程电荷结构的研究[J]. 张廷龙,言穆弘,张彤,赵阳.  高原气象. 2010(06)
[5]电场仪标定系统设计[J]. 张腾飞,季鑫源,行鸿彦.  气象水文海洋仪器. 2010(04)
[6]一类基于最小二乘法的声发射源组合定位算法[J]. 康玉梅,刘建坡,李海滨,魏晨慧.  东北大学学报(自然科学版). 2010(11)
[7]地面电场监测数据在雷电三维数值模拟中的应用[J]. 万浩江,魏光辉,陈强.  计算机测量与控制. 2010(08)
[8]基于粒子群和牛顿迭代法的目标定位方法研究[J]. 姚金杰,韩焱.  计算机应用研究. 2010(05)
[9]甘肃中川地区云闪的多站同步观测及雷暴的等效电荷结构[J]. 崔海华,郄秀书,张其林,张廷龙,张广庶,赵阳,孔祥贞,袁铁,杨静,张彤.  高原气象. 2009(04)
[10]中国内陆高原地区典型雷暴过程的地闪特征及电荷结构反演[J]. 张廷龙,郄秀书,袁铁,张广庶,张彤,赵阳.  大气科学. 2008(05)



本文编号：3086152