捕捉雷电辐射场传播踪迹

雷声隆隆地穿过天空，闪电在一瞬间划过天空，曾经是古代文明史上的神圣使者。晴天霹雳通常带有神秘的力量，在古代传说中出现无数次，令人敬畏。直到18世纪中叶，本杰明·富兰克林本着科学客观的实践精神，在暴风雨中成功地捕捉到了雷电，从而开启了对雷电这一自然现象的理性理解之路。雷电传播火种，并把它用于人类。结果，生活方式发生了根本性的变化。它从未停止生长，并持续了很长时间。然而，频繁的雷电活动和强电磁脉冲直接危及电力、能源、通信、交通、航空航天等领域的安全运行。防雷减灾一直是人类的长期目标。电力系统的安全运行关系到国计民生的方方面面。中国高度重视电网的防雷保护，在不同电压等级的输电线路和变电站采取了大量措施。尽管如此，输电线路绝缘闪络和雷电引起的电能传输中断等故障每年都频繁发生，造成了巨大的直接和间接经济损失。随着中国超高压(UHV)电网的快速发展，特别是UHV输电工程的积极推进，世界上许多国家在应对UHV/UHV电网雷击损坏时都面临着共同的问题。雷电电流等基本统计参数的缺乏以及雷电电流幅值和波形的误差是全球性问题，制约着防雷设计的经济性和高效性。通过监测雷电辐射场来远程测量雷电流是雷电研究的有效途径之一。然而，雷电电磁场传播过程中各种原因引起的衰减和散射直接影响雷电流反演的准确性。在2009年12月出版的《中国电机工程学报》(中国电机工程学报)第36期《矩量法分析山地对雷电辐射场的影响》中，作者对雷电辐射电磁场传播路径中广泛存在的山地影响进行了深入研究。基于矩量法，山被视为一种有损介质。分别讨论了山体电阻率、高度、宽度以及山体与闪电点和观测点的距离对闪电辐射场的影响，并应用快速傅里叶变换得到了相应的时域结果。计算结果表明，山体在一定范围内对雷电辐射场有显著影响。在国家自然科学基金和国家电网公司的支持下，华北电力大学的张明霞、赵志斌、崔翔、国家电网电力科学研究院的陈家红、顾善强等科研人员通过数值计算和实验测试开展了一系列工作。分析了雷电辐射场在地表传播过程中的各种内在和随机因素，得出了雷电辐射场对雷电辐射场影响的一般规律，实现了从雷电辐射场检索雷电本体的基础研究。掌握雷电辐射电磁场在地表的传播规律，对于基于雷电辐射场测量的雷电流遥测具有重要意义，可以实现对雷电流的长期、大规模、实时监测，建立雷电基础信息统计数据库。