如何精確揭示閃電的發生發展過程？ _閃電

2012年7月24日16:53:58一次云閃放電過程的三維結構 (a) 閃電輻射源高度隨時間的變化, (b) 東西方向上的投影, (c) 輻射源發生數目隨高度的分布, (d) 平面投影, (e) 南北方向上的投影
（報道）據EurekAlert!：閃電是一種神奇壯觀的自然現象，但其放電過程所產生的強烈電磁輻射和大電流過程，給人類生命財產造成了很大損失。因此，二百多年以前人們就開始了對閃電的研究。怎樣才能精確的揭示閃電的發生發展過程，尤其是閃電在云內的傳輸過程？三維閃電VHF輻射源到達時間差技術（TOA）是目前最先進的揭示閃電發展的有效方法，而如何提高該項技術的定位精度？最近一項研究利用實驗和理論方法對國內首個VHF高精度閃電三維定位網絡的精度進行了分析。
研究相關論文題為：“閃電VHF輻射源三維定位網絡測量精度的實驗研究”，發表在最近出版的《中國科學：地球科學》2015年第10期，由中國科學院寒區旱區環境與工程研究所張廣庶研究員擔任通訊作者撰寫。研究者采用自制的探空球載閃電模擬源攜帶的GPS飛行軌跡，對觀測網絡中心上空附近和網絡外輻射源定位的誤差進行了估算，并與模型理論計算作比較，揭示定位網絡誤差的變化規律。
閃電的傳輸速度可達到105m/s-107m/s，因此要揭示閃電的發生發展過程，定位儀器須具有很高的捕獲速率和定位精度，才能精確描述快速發展的閃電過程。為了研究閃電，人們發展了最先進的三維閃電VHF輻射源TOA定位技術，其原理是通過多個測站，同時接收閃電產生的VHF信號，且利用基于GPS同步的高精度時鐘，同步測量閃電放電產生的輻射源到達時間來定位，能夠揭示閃電放電的精細發展過程，如圖1所示。雖然該項技術經過了幾十年的發展，但獲得高精度和高質量的試驗數據一直是研究者的最終追求，而只有對定位網絡的精度進行計算分析，才能改進定位網絡的布局，從而獲得高精度的實驗數據來研究閃電。
該項研究用實驗和理論兩種方法研究閃電輻射源定位精度，分析了影響定位網絡誤差的因素。研究者利用自制的探空球載閃電模擬源攜帶的GPS飛行軌跡，對觀測網絡中心上空附近和網絡外輻射源定位的誤差進行了估算，并建立了網內網外兩個理論模型。實驗結果表明，網內采用標準差合適，網外模型確定定位誤差是徑向距離的函數，呈拋物線形狀，協方差計算結果也證實了這個結論。實際標定的標準差結果和理論計算結果一致，說明模型計算合理。
【如何精確揭示閃電的發生發展過程？】這一利用實驗和理論兩種方法對閃電輻射源定位精度的研究結果，對由時間測量不確定性和布站幾何位置造成的誤差作出了解釋，揭示了網絡定位誤差與變化規律，分析了影響定位網絡誤差的因素，對修正定位結果，設計、優化和改進定位算法，合理布局定位網絡，提高網絡定位精度有重要意義。