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科研進(jìn)展

全脈沖識(shí)別的閃電干涉儀定位新方法大幅提高雷電觀測(cè)的精度和分辨率

發(fā)表日期:2023-09-06來(lái)源:西北生態(tài)環(huán)境資源研究院放大 縮小

  雷電作為自然界中最為震撼的現(xiàn)象之一,涉及一系列復(fù)雜的物理和大氣科學(xué)問(wèn)題。它不僅對(duì)人類(lèi)社會(huì)造成火災(zāi)、電力故障、通信中斷等直接威脅,還是觸發(fā)其它大氣現(xiàn)象和生態(tài)系統(tǒng)變化的關(guān)鍵因素。因此,對(duì)雷電的深入研究具有重要的科學(xué)和社會(huì)價(jià)值,科學(xué)家們一直在追求更高的精度以更深入理解這一復(fù)雜現(xiàn)象。 

  中國(guó)科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院(以下簡(jiǎn)稱西北研究院)平?jīng)鲫懨孢^(guò)程與災(zāi)害天氣觀測(cè)研究站基于閃電甚高頻輻射信號(hào)的精準(zhǔn)脈沖匹配和誤差修正,提出的全脈沖識(shí)別的閃電干涉儀定位方法為該領(lǐng)域研究帶來(lái)新突破。與傳統(tǒng)的“質(zhì)心”方法相比,全脈沖識(shí)別的新方法在雷電觀測(cè)的精度和分辨率方面取得顯著提升。該方法能夠增加10~20倍的定位輻射源數(shù)量,對(duì)于特定的短時(shí)和快速變化的放電過(guò)程,甚至可以增加近100倍,從而能夠在納秒級(jí)時(shí)間分辨率上描繪閃電放電通道和分析微物理過(guò)程。該研究能夠更準(zhǔn)確地研究雷電放電的觸發(fā)機(jī)制、雷電通道的結(jié)構(gòu)以及與雷電相關(guān)的各種自然現(xiàn)象。 

  該成果以An improved method for analyzing broadband VHF interferometer lightning observations為題發(fā)表在遙感領(lǐng)域頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing。西北研究院范祥鵬副研究員為論文第一作者和通訊作者,美國(guó)新墨西哥科學(xué)技術(shù)研究所和復(fù)旦大學(xué)科研人員參與該項(xiàng)研究。該研究獲國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、中國(guó)博士后科學(xué)基金、甘肅省科技計(jì)劃和美國(guó)國(guó)家基金項(xiàng)目共同資助。

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定位方法改進(jìn)前后得到的一次多回?fù)糌?fù)地閃(CG001738)的二維圖像 

(a) 傳統(tǒng)方法獲取的定位結(jié)果 (b) 本文方法獲取的定位結(jié)果 

兩種定位方法獲取的CG001738三次直竄先導(dǎo)的定位結(jié)果對(duì)比,各圖中位于左側(cè)的圖像是傳統(tǒng)方法獲得的定位結(jié)果,準(zhǔn)確疊加在閃電整體形態(tài)上的直竄先導(dǎo)為本文方法定位的結(jié)果

(a) DL-1沿著第一個(gè)梯級(jí)先導(dǎo)形成的回?fù)敉ǖ腊l(fā)展 (b - c)DL-2DL-3沿著第二個(gè)梯級(jí)先導(dǎo)形成的回?fù)敉ǖ腊l(fā)展 

[video:雷電]
多回?fù)糌?fù)地閃 (CG001738) 的動(dòng)態(tài)發(fā)展圖像,閃電實(shí)際持續(xù)約 0.5s
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