基于地面主动干预雷电的联排接续作业效果定量评估方法与流程

本发明属于人工干预雷电作业效果的定量评估，特别涉及一种干预雷电的作业效果定量评估方法，具体是一种基于地面主动干预雷电的联排接续作业效果定量评估方法，为人工影响天气。

背景技术：

1、目前，很多行业如石化、电力、通信、航空等行业都面临雷电的威胁，若能有效通过人工干预的方式，减少地闪频次，则能在多个行业开展应用，并且这些行业有强烈的内在需求。

2、当前，基于地面的人工影响天气作业中，主要采用了高炮、火箭两种方式，高炮、火箭分别将炮弹、火箭弹发送到积雨云中后，其在积雨云中发生爆炸，将催化剂散落于积雨云内。一方面其爆炸效果会使冰相大粒子碎裂为多个小粒子，这多个小粒子中的一部分冰相小粒子随气流上升，另一部分向地面跌落；另一方面其催化剂为液态小水滴，增加了凝结核，加速了云底部液态小水滴的下落。人工影响天气作业在增雨、防雹评估方面比较成熟，在业务中取得了良好的应用。

3、然而，研究发现基于地面的人工影响天气作业过程具有干预雷电的效果，但增雨、防雹评估方法在干预雷电方面是不适用的。未检索到当前接续联排作业人工干预雷电效果的定量评估方法。

4、从雷暴云的移动角度看，雷暴云可分为三种类型：局地生成且移速缓慢的雷暴云、快速移动的雷暴云、系统性且发展迅速的强雷暴云，其发生的比例与地理位置、气候带、地形和季节有关。无论何种类型雷暴云，如果覆盖面积大、持续时间长，均可通过接续联排作业方式实现人工干预雷电。作业站点通常采取联排与接续组合形式，进而达到接续联排的作业方式。

5、相关专利文献：cn114355060a公开了一种基于闪电监测数据的雷电预警效果综合评估方法，结合闪电活动从聚性的特征，在传统雷电预警效果评估方法只对评估区域内有无闪电发生的基础上，通过闪电数据的质控，结合评估区域内的闪电频次，增加雷电预警规避率评估指标。此技术并不是主动干预雷电气象灾害以后的效果评估方法。

6、以上已有技术，难以完成地面接续联排作业人工干预雷电效果的定量评估，也未给出定量化的评估结果。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于地面主动干预雷电的联排接续作业效果定量评估方法，该评估方法具有良好的适用性，能完成地面接续联排作业人工干预雷电效果的定量评估，并给出定量化的评估结果，以解决人工干预雷电作业效果难以定量评估的技术问题。

2、为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

3、一种基于地面主动干预雷电的联排接续作业效果定量评估方法，其技术方案在于，它包括以下步骤：

4、s1:收集地面联排接续主动干预雷电作业数据；

5、s2:收集地面联排接续主动干预雷电作业前后雷达回波数据、闪电数据、雨滴谱数据等资料，并对雷达回波数据、闪电数据进行质量控制，作业中参与作业的站点形成防线；

6、s3: 然后根据气象条件、地理位置确定（选取）每道单防线评估分析区，再结合防线时间序列（即以催化弹药开始作用的时间起点引导出的时间序列）和雷达时间序列对应关系（雷达时间序列即雷达回波时间序列，指作业前1小时至作业结束后1小时的每隔6min雷达回波的时间序列），利用所述每道单防线内闪电数据和雷达回波数据定量评估该道单防线作业效果等级；

7、s4: 确定区域评估分析区，结合每道单防线作业效果等级及区域时间序列（即区域移动子区跟随雷达回波移动的时间序列），再利用所述区域评估分析区内闪电数据和雷达回波数据定量评估区域作业效果等级，完成区域评估。

8、本发明包括作业防线评估和区域评估两个部分，作业防线评估由步骤s1、步骤s2、步骤s3构成，区域评估由步骤s4构成。

9、上述技术方案中，优选的技术方案可以是，步骤s1中，（人工影响）作业数据包括作业的时间、经纬度、作业方位、作业仰角、高炮及火箭参数等信息。

10、步骤s2中：所述雷达回波数据包括雷达回波组合反射率、雷达回波三维反射率等信息；所述闪电数据为三维闪电数据，闪电数据包括闪电的时间、经纬度、闪电类型、闪电强度、云闪高度等信息，闪电类型分为云闪、地闪；所述雨滴谱数据包括区站号、经度、纬度、资料时间、雨滴谱设备类型、下落速度、雨滴粒子个数、粒子直径、雨滴粒子级别编号。

11、上述技术方案中，优选的技术方案还可以是，步骤s2具体包括:

12、s2.1:确定地面联排接续主动干预雷电作业满足的条件：

13、s2.11:地面联排接续主动干预雷电作业中参与作业的站点≥4个，至少能形成2道单防线；

14、s2.12:单防线内两个相邻作业站点的直线距离≤12km；

15、s2.13:在作业站点有效射程内有作业记录；

16、s2.14:地面联排接续主动干预雷电作业中，站点的排列通常为联排阵列的组合形式；

17、s2.15:相邻两道单防线的边界线之间的最短距离≤18km；

18、s2.2:收集作业目标区、对比区雨滴谱数据；

19、s2.3:收集作业目标区、对比区闪电数据，包括闪电的时间、经纬度、闪电类型、闪电强度、云闪高度等信息；对闪电数据的质量控制包括：参与定位的闪电定位仪数量不少于4站，对地闪电流强度绝对值约束在[2,300]ka之间；

20、s2.4:收集作业目标区、对比区雷达回波数据，包括雷达回波组合反射率、雷达回波三维反射率等信息；

21、对雷达回波数据的质量控制包括：

22、s2.41:采用中值滤波方法去除孤立的噪声点；

23、s2.42:基于模糊逻辑抑制地物杂波；

24、s2.43:利用速度退模糊解决速度折叠问题；

25、s2.44:采用优选雨滴谱数据反演并校验雷达回波强度。

26、s2.5:使作业中参与作业的站点形成防线。

27、上述技术方案中，优选的技术方案还可以是，步骤s3具体包括:

28、s3.1: 确定每道单防线评估分析区，进一步包括：

29、s3.11:根据雷暴云移动方向，把能够组成防线阵列形式的作业站点连成线，得到线段；

30、s3.12:将所述线段分别沿雷暴方向与反方向移动lexp_max公里, lexp_max为该防线作业站点的最大水平射程；

31、s3.13:在线段两侧以对应站点的水平射程lexp_max公里为半径画半圆弧，形成的闭合区域，即为每道单防线评估分析区；

32、s3.2:根据作业时间与雷达体扫周期δt，引导出防线时间序列、雷达时间序列；

33、s3.3:评估每道单防线作业效果，包括：

34、s3.31:统计防线评估分析区、防线对比分析区地闪频次、云闪频次；

35、s3.32:统计防线评估分析区、防线对比分析区各时间序列雷达回波强度；

36、s3.33:防线评估分析区相对于防线对比分析区的地闪密度减少率、云闪密度减少率分别与对应的阈值作比较；

37、s3.34:当防线评估分析区相对于防线对比分析区地闪密度变化率或云闪密度变化率呈现增加趋势时，则分别用防线评估分析区的密度平均变化率与防线对比分析区的密度平均变化率的差值与对应的阈值作比较；

38、s3.35:分别用典型雷达回波质心高度下降率、雷达强回波区分裂数增加率与其对应的阈值作比较；

39、s3.4:根据减少率的百分位分布，结合各参数实际特征，回波质心高度下降率阈值hrrthr取10%，步骤s3.3中所述的其余参数的阈值均取30%；

40、s3.5:对具有干预雷电效果的防线，采用基于下限阈值的等距分段法评定干预效果等级，将干预效果分为三个等级。

41、上述技术方案中，优选的技术方案还可以是，步骤s4具体包括:

42、s4.1:确定区域评估首要条件：至少有两道临近单防线评估为一级及以上时，才开展区域评估；

43、s4.2: 确定区域评估分析区，包括：

44、s4.21:区域评估分析区为一个平行四边形区域或多个平行四边形以拼接形式构成的区域；

45、s4.22: 当雷暴移动过程中主方向发生n次变化，则在平行于雷暴移动主方向分别添加辅助线ab1、ab2…、abn，在每个主方向不变的时间范围内，分别对应寻找到未纳入复合防线的各单防线中心点、复合防线中心点垂直距离之和最短的直线ab1、ab2、…、abn，且能使其中两道防线的中心点到直线ab1、ab2、…、abn的垂直距离之差最小；

46、s4.23:根据防线中心点到对应的直线abn的垂直距离是否＞12km，判别各单防线、复合防线能否纳入区域评估的范围，直线abn沿雷暴移动主方向，n为当前雷暴移动主方向变化的序数；

47、s4.24:根据复合防线类型、防线长度、雷暴移动主方向及排列形态等，将区域评估分析区的界定分为三种类型：均衡整齐型、均衡错位型、非均衡型；

48、s4.25:根据区域评估分析区的具体类型，判别垂直雷暴移动主方向的评估区域宽度跨度w1、w2、…、wn的取值方式；判别雷暴移动主方向的评估区域长度跨度l1、l2、…、ln取值方式及其对应的起始位置，n为当前雷暴移动主方向变化的序数。

49、s4.3:根据雷暴云移动，采用逐次递进的方法判断雷达强回波（当地所能产生雷电的雷达回波阈值）与初始区域移动子区的边界距离，引导出区域时间序列；

50、s4.4:进行区域评估，进一步包括：

51、s4.41:引入区域临近子区 ，利用区域临近子区与区域移动子区前后各时段对比分析，判定区域是否具有主动干预效果；

52、s4.42: 引入区域评估分析区整体地闪密度、云闪密度与区域评估对比分析区整体地闪密度、云闪密度做比对；引入共同时段区域移动子区地闪密度、云闪密度与对比移动子区地闪密度、云闪密度数值大小的数量做比对；

53、利用区域评估分析区、区域移动子区与区域评估对比分析区、对比移动子区各时段的对比分析，得出主动干预效果等级；

54、s4.5: 对具有干预雷电效果的区域，采用基于下限阈值的等距分段法评定干预效果等级。

55、上述技术方案中，优选的技术方案还可以是，在步骤s3中引入相似气象条件与相似地理因素的防线评估第一对比分析区，在步骤s4中引入区域评估第一对比分析区，所述防线评估第一对比分析区与上述防线评估分析区面积相等，所述区域评估第一对比分析区与上述区域评估分析区面积相等。

56、步骤s3、步骤s4中使用改进型交叉相关法cotrec，利用雷达回波组合反射率，计算s波段雷达体扫周期δt时长分析区云团移动平均速度和平均方向。

57、综上所述，本发明提供了一种基于地面主动干预雷电的联排接续作业效果定量评估方法，该评估方法具有良好的适用性，能完成地面接续联排作业人工干预雷电效果的定量评估，并给出定量化的评估结果，解决了人工干预雷电作业效果难以定量评估的技术问题。具体优点体现在针对地面主动干预雷电的联排接续作业，科学选取了评估参量，建立了单防线评估、区域评估指标体系，可清晰量化每一个参量区分度，进而综合得出作业效果等级，为基于地面主动干预雷电的联排接续作业效果定量评估提供了科学的技术方法。