宣城市大气雷电环境实地评价系统简介
发布时间:2017-01-03 09:07:59

摘要“大气雷电环境实地评价系统”是利用中国气象局VLV/LF闪电定位系统观测资料,结合项目所在地的实测经纬度以及土壤电阻率,对评估项目所在地一定区域大气雷电环境实现计算机自动评估的一款web版应用软件,其评估结果主要从四个方面对大气雷电环境进行描述:

1、雷击大地密度(给出以项目所在地为中心一定区域内的雷击大地密度平均值)

2、雷电主导方向与次主导方向(给出雷电强度及方位玫瑰图)

3、雷击时空分特征(给出平均雷击次数的日、月、年分布直方图;年平均雷暴日数;雷电流强度概率分布表。)

4、雷电流散流特征(土壤电阻率的水平与垂直分布图)

 

关键词  大气 雷电 环境 评估

引言

    大气雷电环境是大气环境的重要组成部分。能否客观、科学的对某一区域的大气雷电环境做出评价直接关系到大气环境评价以及气候可行性论证的准确与否,进而影响城市规划、项目选址、功能分区布局及区域雷电防护。以往我们在进行这类评估时大都用台站人工观测资料代替项目所在地资料进行评估(无论项目所在地距离台站多远),或是使用本行政区内闪电监测网的观测资料的统计平均值,报告千篇一律,使评估结论存在较大的失真。《大气雷电环境实地评价系统》主要是解决上述评估所存在的问题,利用全国闪电监测网的观测资料结合项目所在地实测经纬度,在以项目所在地为中心的一定区域计算、分析表征大气雷电环境的各项特征。

1  资料来源

    系统评估所用资料取自中国气象局VLV/LF闪电定位系统观测资料,资料取值区间为:E117.50-----1200;  N29.50------31.50

涵盖宣城市(六县、一市、一区)整个行政区。

2  资料处理

    采用闪电频次、强度专用统计软件进行统计并建立相关数据库。

3  系统功能

    系统针对项目所在地为中心的评估区域(根据项目规模,在半径20KM区间自主确定)分析给出表征大气雷电环境的:

1、雷击大地密度。

2、雷电主导方向、次主导方向(雷电玫瑰图)。

3、雷电时空分布特征(直方图)。

4、雷电散流特征(水平、垂直分布图)。

 

4  处理流程

 

 

5  数学模型

 

5.1雷击大地密度:       Ng=Cn/nπR12(次/km2·a)

   Cn---n年项目所在地半径R1范围内雷击大地次数。

   n---资料年代。

   R1---取值半径。

5.2雷电主导方向:

以评估对象为中心,确定E、NE、N、NW、W、SW、S、SE等8个方向的雷电方位,画出雷电玫瑰图,得到评估对象所在地的雷电主导方向和次主导方向。具体步骤如下:

    (1) 调用R语言中的geosphere包,计算落雷点与项目所在地的距离L; 又设落雷点和项目所在地的纬度距离Dy=单位纬度距离×评估点与雷击点纬度差的绝对值;则落雷点和所在地方位的夹角α=arcos(Dy/L)。设E方向为0°,区间(337.5°,22.5°)、(22.5°,67.5°)、(67.5°,112.5°)、(112.5°,157.5°)、(157.5°,202.5°)、(202.5°,247.5°)、(247.5°,292.5°)、(292.5°,337.5°)分别为E、NE、N、NW、W、SW、S、SE方向,根据夹角α值得到在上述8个象限的落点,地闪点所在的方向上取1,其他方向取0,得出各个雷击点相对于被评估点的方位。

(2)将各个方向的值累加,得出各个值所占的比例,按比例绘制出玫瑰图。

5.3雷电活动特征

(1)平均雷暴日数

D=d/n  D---平均雷暴日数   d---各年雷暴日数    n---统计年数

 

6  运行环境

    硬件配置方案:

处理器:Intel(R) Core(TM)i5-4210H CPU@2.9GHz或以上

内存(RAM): 4G 或以上

硬盘:60G 或以上

软件运行环境

操作系统:centos6.6

运行平台:Apache + php+R

系统主界面:http://202.116.70.21/lj/index.html

 

 

7  输出形式

项目评估报告书

项目名称:宣城市气象局办公楼

项目所在地经纬度:118.8    30.9

计算区间:以项目所在地为圆心,半径为20千米的圆形范围内.

雷击大地密度:1.45     单位(次/km^2*a)

设定范围内共发生雷击:1500 次

N:0.12 NE:0.2 E:0.12 SE:0.16 S:0.09 SW:0.11 W:0.07 NW:0.15

雷电流幅值(kA) 占总地闪的百份比
0-10

0

10-20

2

20-30

16

30-40

17

40-50

12

50-60

11

60-70

10

70-80

6

80-90

5

90-100

4

>100

16

  

土壤电阻率的分布

测试位置

测试点1

测试点2

测试点3

测试点4

30°52’24.47”

30°52’24.48”

30°52’24.45”

30°52’24.47”

118°15’44.03”

118°15’44.02”

118°15’44.04”

118°15’44.06”

测量值

间距(m)

ρ(Ω·m)

1

23.35

22.11

21.18

19.25

2

22.16

21.37

21.18

19.42

3

22.75

20.21

19.69

18.12

4

21.21

19.85

19.46

18.32

5

21.44

19.64

18.37

17.05

6

20.46

18.72

18.43

17.96

7

20.74

18.38

17.22

17.31

8

19.37

18.25

17.78

16.32

9

19.44

17.94

17.37

16.48

10

19.92

17.32

17.63

16.43

平均土壤电阻率(Ω·m)

19.222

校正后的土壤电阻率

38.444

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

评估结论

内容

结论

雷暴移来路径

主雷暴方向:NE;次雷暴方向:SE

项目所在市地闪活动特征

7月为雷暴发生频次最高月份,雷电流幅值主要分布在20~60KA。

项目所在地地闪活动特征

7月为雷暴发生频次最高月份,雷电流幅值主要分布在20~70KA及大于100KA。

土壤特性

土壤电阻率在水平与垂直方向分布较均匀,且随着土壤深度的增加电阻率减小,有利于雷电流的泄放。

雷击大地的年平均密度Ng

1.45     次/km^2*a

 

 

 

  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8  结束语

“宣城市大气雷电环境实地评价系统”自动化程度高,运行稳定,界面友好,为相关业务员在制作气候可行性论证大气雷电环境评价方面提供了科学、客观、便捷的方法和工具,填补了我市在该应用软件开发上的空白,同时该系统在大气环境评价,雷击风险评估等方面都具有较强的实用性,只要改变数据库的取值范围避就能满足不同地区的应用,因此具有较大的推广价值。

参考文献

【1】安徽省质量技术监督局,DB34/T----2015《大气雷电环境评价技术规范》

【2】IEC62305--2,ED.1:Protection against lightning -Part

2:Risk management(雷电防护第2部分:风险管理)

【3】IEC61662《Assessment of the risk of damage due to lightning》 (注:《雷击损害风险评估》)。

【4】中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局,中华人民共和国标准化管理委员会《雷电防护第二部分:风险管理》GB/T21714.2--2008

【5】中国气象局发布《雷电灾害风险评估技术规范》QX/T85----2007

【6】李良福,李家启,覃彬全,杨利敏,《雷电防护关键技术研究》,气象出版社

 

 

 

 

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