贵州省闪电定位系统雷暴日资料的评估分析

丁旻　陈春　刘芸

摘要：贵州省ADTD闪电定位系统于2006年投入运营，ADTD1型闪电定位系统长期运营以来，其探测效率急需进行评估。本文采用2006～2012年贵州省人工观测雷暴日资料与ADTD雷暴日资料进行对比分析，对人工观测站不同半径范围内的雷暴日与ADTD雷暴日逐月进行统计拟合，得到相关性最好的半径；并使用人工观测站雷暴日资料评估ADTD1闪电定位系统的雷暴日探测效率。

关键词：ADTD；雷暴日；探测效率

近年来，为了准确监测雷暴的活动，全国各地开始建立“雷电监测网”[13]。贵州省于2006年开始先后建成了ADTD闪电定位系统，07年首批建设成立监测网包括7个探测子站和一个数据处理中心站，7个探测子站自北向南依次为：桐梓、遵义、毕节、六盘水、贵阳、安顺、都匀。09年完成第二批闪电定位仪的安装建设，分别建在息烽、威宁、盘县、三穗、榕江。每个闪电定位探测子站探测范围为200km，将探测到的闪电发生时间、方位、强度和电磁辐射信号实时传输给中心站，由中心站进行实时定位处理。系统提供回击发生的时间、经纬度、闪电强度、闪电极性等信息。目前贵州省运行的闪电定位仪共12套，基本覆盖全省，为雷电预警预报提供了有力的探测数据。

1 人工观测雷暴日资料

雷暴日是指某地区一年中有雷电放电的天数，用以表征不同地区雷电活动的频繁程度。我国以观测人员在观测站看到或听到雷声作为雷暴日的统计依据[46]。但是，国外科学家研究发现，听力好的人可以听到20公里以外的雷声，听力不好的人连5公里处发生的雷电都听不到；另外，听力也与雷声大小、背景噪声及传播路径上有无障碍有关[7～9]。因此，贵州省于2012年停止了人工雷暴日的观测，但是，利用此前真实可信的雷暴日观测资料对目前的ADTD闪电定位雷暴日资料的可靠性进行评估是亟待完成也是极为必要的。

贵州省共有85个人工观测站，本文利用20062012年贵州省12个ADTD1探测站点附近的人工观测站的雷暴日资料，对比分析了人工观测站雷暴日和不同半径下（5、8、10、15km）的ADTD1观测雷暴日的数据。

2 不同探测半径下雷暴日与闪电资料的相关性分析

将人工观测站雷暴日数据逐月进行统计， ADTD1闪电定位网雷暴日数据以观测站范围4种不同半径逐月进行统计（5、8、10、15km），并将两种数据进行线性拟合。图1图3分别为20062008年人工观测雷暴日与ADTD1不同半径下雷暴日的线性拟合图，20082012年人工观测雷暴日与ADTD1不同半径下雷暴日的线性拟合图（图略）。

从图1中可以看到，4种不同半径范围下两者间的数据相关性分析结果为：5km：相关系数R2=0.532，斜率k=0.6314；8km：相关系数R2=0.6175，斜率k=0.8185；10km：相关系数R2=0.6045，斜率k=0.9568；15km：相关系数R2=0.6129，斜率k=1.2223。2006年在气象观测站半径r=10 km的范围内，人工观测雷暴日资料与ADTD1闪电定位系统雷暴日资料的相关性最好。

从图2中可以看到，4种不同半径范围下两者间的数据相关性分析结果为：5km：相关系数R2=0.7007，斜率k=0.7266；8km：相关系数R2=0.7136，斜率k=0.9699；10km：相关系数R2=0.7367，斜率k=1.08；15km：相关系数R2=0.7666，斜率k=1.286。2007年在气象观测站半径r=10 km的范围内，人工观测雷暴日资料与ADTD1闪电定位系统雷暴日资料的相关性最好。

从图3 中可以看到，4种不同半径范围下两者间的数据相关性分析结果为：5km：相关系数R2=0.5879，斜率k=0.8697；8km：相关系数R2=0.6267，斜率k=1.104；10km：相关系数R2=06399，斜率k=1.212；15km：相关系数R2=0.6568，斜率k=1.444。2008年人工观测雷暴日与ADTD雷暴日之间相关系数很低，在气象观测站半径r=8km的范围内，人工观测雷暴日资料与ADTD1闪电定位系统雷暴日资料的相关性最好。

2009年，4种不同半径范围下两者间的数据相关性分析结果为：5km：相关系数R2=0.6719，斜率k=0.7771；8km：相关系数R2=0.6987，斜率k=1.061；10km：相关系数R2=0.6879，斜率k=1.227；15km：相关系数R2=0.6332，斜率k=1.486。2009年在气象观测站半径r=8km的范围内，人工观测雷暴日资料与ADTD1闪电定位系统雷暴日资料的相关性最好。

2010年，4种不同半径范围下两者间的数据相关性分析结果为：5km：相关系数R2=0.6654，斜率k=0.697；8km：相关系数R2=0.6126，斜率k=1.054；10km：相关系数R2=0.6521，斜率k=1.251；15km：相关系数R2=0.6249，斜率k=1.659。2010年在气象观测站半径r=8 km的范围内，人工观测雷暴日资料与ADTD1闪电定位系统雷暴日资料的相关性最好。

2011年，4种不同半徑范围下两者间的数据相关性分析结果为：5km：相关系数R2=0.7611，斜率k=0.7978；8km：相关系数R2=0.7622，斜率k=1.136；10km：相关系数R2=0.7323，斜率k=1.34；15km：相关系数R2=0.6883，斜率k=1.78。2011年在气象观测站半径r=8 km的范围内，人工观测雷暴日资料与ADTD1闪电定位系统雷暴日资料的相关性最好。

2012年，4种不同半径范围下两者间的数据相关性分析结果为：5km：相关系数R2=0.7804，斜率k=0.6298；8km：相关系数R2=0.8389，斜率k=0.8718；10km：相关系数R2=0.8759，斜率k=1.02；15km：相关系数R2=0.844，斜率k=1.32。2012年在气象观测站半径r=10 km的范围内，人工观测雷暴日资料与ADTD1闪电定位系统雷暴日资料的相关性最好。

从2006～2012年人工观测雷暴日与ADTD1不同半徑下雷暴日的线性拟合得出，在20062008年，雷暴日资料与ADTD1闪电定位系统资料的相关性均值在0.6496，相关性较弱。

自2009年即第二批ADTD闪电定位系统投入使用后，两数据之间的相关性明显提高，均值达0.72，2006、2007、2012年在气象观测站半径r=10 km的范围内，人工观测雷暴日资料与ADTD1闪电定位系统雷暴日资料的相关性最好，2008、2009、2010、2011年在气象观测站半径r=8 km的范围内，人工观测雷暴日资料与ADTD1闪电定位系统雷暴日资料的相关性最好。这是由于2006～2008年，贵州省ADTD闪电定位系统仅建成7个子站，不能完全覆盖贵州省所有地区，探测效率偏低。自2009年建成总共12个探测子站后，贵州省闪电定位网络的探测效率明显提高。

3 利用人工观测站雷暴日资料评估ADTD1闪电探测效率

将有雷暴的概率定义为探测到至少一次闪电的概率，只要闪电次数大于1，探测到雷暴日的概率将随着探测到闪电的概率的增加而增大。因此，将探测到闪电的概率与有雷暴的概率之间的关系表示为：

P（TD）=1-（1-Pf）n（31）

式中，n为闪电的数量，P（TD）为有雷暴的概率，Pf为探测到闪电的概率。

Reap R M等[10]提出了对雷电监测网定位结果进行评估的方法如下：

P（0）=xx+y（32）

式中，P（0）为有雷暴记录且被雷电监测网所记录的概率，x为有雷暴记录且被雷电监测网所记录的闪电天数，y为有雷暴记录却没有被雷电监测网所记录的闪电天数。

利用2006～2012年12个人工观测站的雷暴数据对观测站点最佳拟合半径范围内的ADTD1雷暴日数据进行评估，评估结果如图4和图5。

从图4、图5可以看到，2006～2012年ADTD1雷暴日探测效率均值分别为0.8371、0.892、0.7276、0.8564、0.8598、0.8756、0.8994，这说明利用ADTD1进行雷暴日探测的可行性较高。

2006～2008年的雷暴日探测效率略低于2009～2012年。

4 结论

1）2006、2007、2012年在气象观测站半径r=10km的范围内，人工观测雷暴日资料与ADTD1雷暴日资料的相关性最好，2008～2011年在气象观测站半径r=8km的范围内，人工观测雷暴日资料与ADTD1雷暴日资料的相关性最好；

2）使用人工观测站资料评估ADTD1闪电定位系统的雷暴日探测效率，得出2006～2012年间12站的平均探测效率为84.89%，ADTD1雷暴日探测可靠性较高。但是由于人工观测资料也受多种因素的影响，仅用人工观测资料对ADTD1资料进行评估具有一定的局限性。

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