2017, Vol. 36
2. 南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室/气候与环境变化国际合作联合实验室/气象灾害预报预警与评估协同创新中心/中国气象局气溶胶与云降水重点开放实验室, 南京 210044;
3. 中国气象局北京城市气象研究所, 北京 100089
目前, 利用闪电自身的磁、电、光等特性, 通过闪电定位系统较好地实现了对闪电的监测定位。闪电定位系统具有范围大、测量自动化程度高等特点, 采用其监测的闪电定位资料, 分析得出闪电时间、空间、电流强度分布特征, 为合理设计防雷工程提供指导, 如尽量避开闪电活动高发区或增强设施的雷电防护等级, 同时闪电监测定位资料也为雷电物理研究、雷电灾害鉴定、灾害性天气研究等提供了诸多服务(张义军等, 2006; 张腾飞等, 2013)。
由于探测原理、仪器误差等原因, 不同闪电定位系统的探测结果存在一定差距, 通过对不同系统探测结果进行对比分析, 可了解掌握闪电定位系统探测性能。目前该方面国内外已有一定研究, 多数是两种不同型号的闪电定位系统进行对比。Thomas et al(2000)对比分析了新墨西哥矿业技术学院的甚高频三维闪电阵列LMA和NASA的搭载于卫星上的光学闪电成像仪(LIS)在俄克拉何马州的闪电观测结果, 发现能被LIS观测到的闪电也能被LMA观测到。Drüe et al(2007)利用德国东部SAFIR和BLIDS两种闪电定位系统资料, 分析评估了这两种系统的探测效率, 认为前者探测云闪的效率更高。Tao et al(1996)利用北京、天津、唐山地区三站定位系统LLP和单站定位系统M-LDARS, 对比分析该区域两系统探测地闪的效率, 并给出一种探测效率的评估方法。刘岩等(2015)对比分析了2010年安徽省ADTD和LD-Ⅱ型两种闪电定位资料, 同时结合雷电灾害资料, 认为前者探测精度较好。Yao et al(2013)同时利用SAFIR资料和ADTD资料对比了14次冰雹中云闪和地闪的特征。鉴于闪电定位系统的重要性, 国内很多地方气象部门和电力部门均布设了闪电定位系统, 对这两个行业的闪电定位资料也有不少对比分析。冯民学等(2008)通过目测和多普勒雷达回波等信息, 对南京小教场气象部门和电力部门的地闪定位资料的可信度和探测效率分别进行了检验和对比, 发现气象部门地闪资料优于电力部门资料; 赵伟等(2015)分析了浙江省气象部门和电力部门的闪电定位系统, 结合雷击跳闸记录, 认为电力部门LLS逐年探测地闪效率高于气象部门LLS的探测效率。
此外, 也有利用一种已知探测性能较好的闪电定位系统, 通过对比分析然后评估另一种闪电定位系统性能。Abramr et al(2006)利用LASA系统评价了WWLLN闪电监测网的探测效率, 发现后者全球实时连续观测闪电的作用能在很大程度上弥补其在探测效率较低方面的不足。崔逊等(2015)利用ADTD与WWLLN两种定位系统的资料, 对比分析江苏省闪电时空分布特征, 并以ADTD资料为基准值, 认为WWLLN的探测效率和探测精度逐渐提高。另外, 利用人工引雷或高建筑物触发的闪电来鉴别闪电定位系统的探测效率和精度也是一种方法。Diendorfer(2010)利用雷击高塔数据验证奥地利闪电定位系统(ALDIS)的探测精度和效率, 指出该系统探测闪电效率为95%, 平均误差368 m。Nag et al(2011)利用人工触发闪电评估了美国NLDN的探测效率, 给出了NLDN闪电探测效率、平均定位误差及电流峰值相对偏差。禹继等(2015)将闪电定位资料与广州人工触发闪电试验及高建筑物自然闪电观测试验的观测结果进行了对比分析, 发现2012年该闪电定位系统探测子站大幅度增加后, 探测效率和定位精度均有明显提升。另外也有用雷达回波探测结果验证闪电探测网络和定位方法的可靠性(王宇等, 2015; Kawasaki et al, 1994)。目前, 利用SAFIR系统和ADTD系统一段时间内的探测资料进行分析对比的研究还较少。
北京及其周边地区(天津、唐山、廊坊等)是全国重要的政治、文化、经济中心, 针对这一地区开展闪电资料的研究具有重要意义(李京校等, 2013a), 而且该地区正好有两种闪电定位系统覆盖。本文利用2008年北京及其周边地区(北京、天津、廊坊、唐山等)SAFIR(Surveillance et Alerte Foudre par Interferometrie Radiometrique)和ADTD(Advanced TOA and Direction system)两套闪电定位系统观测的地闪定位资料, 从闪电时间分布、空间分布、电流强度分布等方面进行对比分析, 以期为两种闪电定位系统的资料使用提供指导, 为今后闪电定位系统的选型和硬软件的研究、闪电数据的校准验证、闪电监测预警、雷电灾害风险评估等方面提供参考。
2 资料和方法 2.1 闪电定位系统简介SAFIR闪电定位系统(所用资料来自SAFIR 3000型)由法国DIMENSIONS公司(后被芬兰VAISALA公司收购)研制, 该系统对地闪定位采用时差法。其探测基线距离100~200 km, 探测定位精度约为500 m, 在200 km范围内探测效率约为90%(Wang et al, 2006), 工作频率范围VHF为110~118 MHz, LF为300 Hz~3 MHz。SAFIR除了能探测云闪和地闪发生时间、地点外, 还探测地闪的电流强度、回击数目、上升沿和下降沿时间等。SAFIR资料来自中国气象局在北京及其周边地区安装的SAFIR系统(下称北京SAFIR系统), 该系统于2002年9月安装, 2003年6月开始试运行, 2003年8月和2004年2月分别进行了升级维护。
ADTD闪电定位系统(所用资料来自ADTD-1型)由中国科学院空间科学与应用研究中心研制, 采用时差法和定向时差联合法进行定位, 仅能探测地闪, 闪电监测网单站的探测范围为150 km, 其探测效率可达到80%~90%, 定位精度在500 m范围内(王娟和谌芸, 2015; 刘岩等, 2009)。ADTD闪电资料来自中国气象局大气探测中心的“国家雷电监测预警网”, 北京及其周边地区布站位置见图 1。北京ADTD观测站建于2007年3月, 从2008年开始有完整的观测资料。鉴于ADTD系统2007年闪电高发的8月、9月均无资料, SAFIR系统在2009年以后自身数据缺失很多, 探测情况变得较差, 所以选择两系统共有的2008年闪电定位资料进行对比分析。
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图 1 闪电定位系统站点分布和统计区域(虚线区域内) Figure 1 Detecting stations distribution and the statistical area diagram (inside the dashed line) |
北京SAFIR系统由三个探测子站和一个中心处理系统站构成, 子站分别位于北京怀柔、廊坊永清、唐山丰润, 中心站位于北京市气象局(北京海淀), 中心站负责处理三个子站的探测数据。鉴于SAFIR系统在探测站周围一定范围内精度较高, 在站网外随距离增大探测效率下降较为明显(宋晓爽等, 2014), 所以选择距离两测站连线中心点100 km以内数据进行统计(三个中心点见图 1中A、B和C点, 这三点具体经纬度等信息见李京校等(2013b)), 区域外数据不在统计范围内。统计该区域内的闪电, 保证统计数据的精确度。北京及其周边ADTD站点分别位于北京大兴(即观象台)、天津大港、唐山乐亭、唐山遵化、承德、张家口市区、张家口蔚县、保定、沧州, 共9个探测站。和SAFIR一样, ADTD闪电资料也是选择到A点、B点、C点(图 1)其中一点距离小于100 km的数据, 确保和SAFIR统计的区域相同。
2.3 闪电资料质量控制一般需要对闪电定位资料先进行质量控制, 然后进行对比分析(赵伟等, 2015; 田芳等, 2008)。SAFIR闪电定位资料中对地闪性质进行了判定, 即所探测的数据中区分了首次回击、继后回击, 给出了每次回击的正负极性、时间、强度等。在统计闪电的次数、电流强度分布特征时, 选用首次回击的时间、强度等信息, 作为该次闪电的信息(刘方兴等, 1997), 回击资料转换为闪电资料, 便于进行对比。
ADTD闪电定位系统的资料中有前后两次或多次闪电时间很接近, 前后相差几百毫秒, 距离也很接近, 同时ADTD系统自身对闪电是首次回击还是继后回击未进行判定, 即所给资料实际为闪击资料, 需先把闪击资料转换为闪电资料。按前后时间在500 ms和距离在7 km以内定义为同一次闪电的标准进行筛选(田芳等, 2008), 把继后回击删除, 用软件筛选时倒序进行, 确保是首次回击保留下来的资料作为该次闪电的信息进行统计分析。
很多观测表明正地闪可以通过延伸很长的云闪分支开始, 云闪中具有小峰值的电流符合正地闪标准而被闪电定位系统误作正地闪, SAFIR系统中探测到的小于10 kA的正地闪应划为云闪(Pineda et al, 2007), 在进行闪电时空特征对比时本文对其未予统计, 负地闪则全部进行统计。另外, SAFIR系统2008年正地闪、负地闪最大电流均小于200 kA。对于ADTD系统, 同样闪电时空特征对比时小于10 kA的正地闪不予统计, 仅统计10~300 kA的正地闪以及0~300 kA的负地闪。ADTD资料中有很多电流大于300 kA的闪电, 而大于300 kA的闪电一般认为误差较大(包炳生等, 2009), 因此在进行对比时不予统计。
3 闪电次数及时间分布对比2008年该地区闪电次数统计结果如表 1所示, 从该表可看到SAFIR系统探测的正地闪次数(2066次)、负地闪次数(22681次)均比ADTD系统的偏少(分别为正地闪4307次, 负地闪64279次), 特别是负地闪, 前者仅是后者的35. 29%。两系统探测的闪电极性接近, SAFIR系统正地闪占总地闪百分比(8. 35%)稍大于ADTD系统(6. 31%)。SAFIR系统正地闪电流(24. 4 kA)小于ADTD系统正地闪电流(60. 18 kA), 负地闪电流(22. 03 kA)(取绝对值, 全文同)小于ADTD系统负地闪电流(35. 3 kA), 即前者探测的电流强度均小于后者。
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表 1 2008年SAFIR和ADTD两系统探测的地闪对比 Table 1 Frequency distribution of Cloud-to-Ground (CG) lightning detected by SAFIR and ADTD in 2008 |
分析SAFIR系统和ADTD系统2008年正地闪次数日分布(图 2a), 可得到两系统探测的正地闪变化趋势基本一致, 两系统在03:00-08:00(北京时, 下同)及14:00-23:00探测到的次数较多, 不同地方在于ADTD探测到的闪电次数更多。从该时段正地闪占总地闪的百分比来看, 从14:00-17:00百分比均较高, 从13:00-15:00 SAFIR正地闪百分比较ADTD高, 从16:00-20:00 ADTD正地闪百分比较SAFIR偏高。
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图 2 2008年SAFIR和ADTD系统正(a)、负(b)地闪次数日分布对比 Figure 2 Daily distribution comparison of positive (a) and negative (b) CG lightning detected by SAFIR and ADTD in 2008 |
从负地闪次数日分布(图 2b)来看, 从01:00-05:00以及从17:00-23:00, 两系统探测的负地闪均较多, 即该时段为负地闪高发时段。不同的是ADTD系统探测的负地闪次数较SAFIR探测的多。
从正地闪次数月分布(图 3a)发现, 2008年5-10月两系统探测的正地闪月变化趋势较为一致, 均是5-6月增加, 到7月减少, 再到8月增加, 9月、10月又减少, 总体呈“M”形状。正地闪占该月总地闪百分比变化趋势也基本一样, 5-8月减少, 8-10月增加。5-6月SAFIR系统正地闪百分比较ADTD低, 7月两系统基本一致, 8-10月SAFIR系统正地闪百分比较ADTD的高。
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图 3 2008年SAFIR和ADTD系统正(a)、负(b)地闪次数月分布对比 Figure 3 Monthly distribution comparison of positive (a) and negative (b) CG lightning detected by SAFIR and ADTD in 2008 |
从两闪电定位系统探测的负地闪月分布对比(图 3b)可以看到, 两系统负地闪月变化趋势基本吻合(除了7月), SAFIR系统从5-8月整体增加, 8-10月减少, 其中6-7月反而减少; ADTD系统从5-8月逐渐增加, 8-10月逐渐减少, 其中6-7月略有增加。SAFIR系统探测的正地闪次数、负地闪次数均比ADTD系统偏少。
4 闪电空间分布对比将2008年两种闪电定位资料, 按照1 km×1 km网格, 统计每一网格内的闪电次数, 得到闪电的密度, 经过插值作图得到闪电的空间分布(图 4)。分析闪电空间分布特征时, 鉴于在边界位置处(图 1中虚线)插值作图时误差较大, 所以先按照虚线区域内“插值”得到空间分布, 然后经Surfer软件“白化”去掉边界内侧附近区域, 同时确保统计到的至少在一个完整的县级行政区域内, 所以闪电空间分布图小于图 1中虚线区域。从空间分布图上可定性对比两闪电定位系统探测效率。
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图 4 SAFIR (a, c)和ADTD(b, d)系统正(a, b)、负(c, d)地闪空间密度分布(单位:次·(km2·a)-1) Figure 4 Frequency spatial distribution of positive (a, b) and negative (c, d) CG lightning detected by SAFIR (a, c) and ADTD (b, d) in 2008. Unit: times·(km2·a)-1 |
从2008年该区域正地闪空间分布(图 4a, b)可知, SAFIR系统探测正地闪大部分地区密度为0. 9~1. 1次·(km2·a)-1, 天津东南部较高为1. 1次·(km2·a)-1, 高值区分布在天津东部和唐山东部, 大约为1. 9次·(km2·a)-1。ADTD系统探测到正地闪大部分地区密度为0. 9 ~1. 2次·(km2·a)-1, 高值区分布在北京中北部和天津北部, 大约为2. 0次·(km2·a)-1。两闪电定位系统正地闪高值区均较分散。
从2008年该区域负地闪空间分布(图 4c, d)来看, SAFIR系统探测到负地闪大部分密度为1~3. 5次·(km2·a)-1, 西北部较低, 为1次·(km2·a)-1, 天津大部分地区较高, 为2. 5~3. 5次·(km2·a)-1。高值区主要集中在天津东南部, 为7次·(km2·a)-1。ADTD系统负地闪大部分地区密度为1~4次·(km2·a)-1, 高值区主要集中在京津唐交汇区以及唐山东部地区, 闪电密度为8次·(km2·a)-1, 呈团簇状分布。陶祖钰和赵昕奕(1993)、郭虎等(2008)分析得到北京东北部、天津北部、承德西南部为地闪密度高值区, 李京校等(2013a)利用2005-2007年北京SAFIR系统的闪电资料分析时该区域也是闪电高值区。
总体而言, SAFIR系统探测到的闪电高值区主要在偏南部, ADTD系统高值区主要在偏北部, 特别是负地闪高值区分布表现较明显。根据闪电定位系统原理特征, 探测效率不可能大于1, 一般来说, 出现闪电漏测概率较大, 出现空测的概率低, 所以南北两个高值区(尽管呈分散状态)在2008年都认为是真实存在的。结合图 1探测站点分布, ADTD系统北侧有承德、唐山遵化和乐亭等5个站, 而南侧有沧州等3个站, ADTD系统未探测到南部的高值区, 初步分析可能与其南部探测站较少有关。北京SAFIR系统在2005-2007年探测到过北部出现闪电高值区(天津北部、承德南部等), 而在2008年未探测到北部的高值区, 初步分析可能和北部怀柔站的探测性能下降有关。
5 电流分布对比 5.1 电流时间分布对比从两闪电定位系统电流日分布对比(图 5)得到, 2008年该区域SAFIR和ADTD系统探测的正地闪电流变化趋势基本相同, 10:00-16:00时段偏大, 其他时段偏小。不同的是SAFIR探测正地闪电流比ADTD小, 约小35 kA; SAFIR探测的闪电在10:00有一峰值, 而ADTD在12:00-13:00有一峰值。此外, 12:00-18:00, SAFIR探测正地闪电流基本在平均值, 而ADTD探测的电流偏大, 大于平均值。SAFIR和ADTD探测的负地闪电流日变化均不大, 显著不同的是在14:00-17:00, SAFIR探测电流偏小, 而ADTD探测电流偏大, 而且ADTD在16:00还有一峰值。另外, SAFIR探测负地闪电流整体比ADTD探测的负地闪电流小10 kA左右。
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图 5 2008年SAFIR和ADTD系统正(a)、负(b)地闪电流日平均分布对比 Figure 5 Daily distribution comparison of the current of positive (a) and negative (b) CG lightning detected by SAFIR and ADTD in 2008 |
分别统计两系统各月的所有闪电电流强度数值, 制成方框-端须图(图 6)。图 6中最上端的和最下端的短横线“－”表示该月份所有闪电强度样本的最大值和最小值, 长方框中的“□”表示样本平均值; 长方框中的长黑线(该线不一定位于长方框正中间)表示包含样本总数50%个例的闪电强度数值; 从最下端的“－”到每个长方框的上边、下边, 分别表示包含样本总数75%和25%个例的闪电强度数值; 从最下端的“－”到每个长方框上边、下边分别垂直延伸出的粗黑线的端点, 分别表示包含样本总数95%和5%个例的闪电强度数值; 从最下端的“－”到上、下的“×”分别表示包含样本总数99%和1%个例的闪电强度数值。从该图(图 6a, b)可看到两系统正地闪月平均电流强度变化趋势基本一致, 均是5月到8月减少, 8月到10月增加。另外均是7月电流强度分布跨度较大, 各月均有半数以上的样本其强度在平均闪电强度以下, 各月均有可能出现强闪电(大于100 kA)。不同的是SAFIR系统电流最大值小于ADTD系统, 而且SAFIR系统电流整体偏小, 比ADTD系统小35 kA, 其中9月两系统电流值最为接近, 相差约20 kA。两系统负地闪月平均电流强度对比(图 6c, d), 均是8月电流强度分布跨度较大。SAFIR系统电流月变化很小, 而ADTD系统月变化趋势明显, 呈现出5月到9月减少、9月到10月增加的特征, 且最大值(5月)平均电流(65 kA)是最小值(9月)平均电流(30 kA)的2倍多; SAFIR系统负电流月平均值小于ADTD系统, 而且电流最大值也小于ADTD系统。
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图 6 2008年SAFIR (a, c)和ADTD(b, d)系统正(a, b)、负(c, d)地闪的电流月平均分布对比 Figure 6 Monthly distribution comparison of the current of positive (a, b) and negative (c, d) CG lightning detected by SAFIR (a, c) and ADTD (b, d) in 2008 |
对比2008年该区域两系统的闪电电流强度分布(图 7)可以看出, SAFIR系统正地闪整体从10~100 kA随电流增大所占次数递减, 其中从10~30 kA急剧减少(10 kA以下正地闪在统计正地闪时空特征时作为云闪而未统计)。ADTD系统正地闪电流在30 kA到40 kA较多, 占正地闪总数的16%。从10~30 kA随电流增大所占次数依次增加, 从40~200 kA百分比依次减少。整体而言, SAFIR系统正地闪电流高值区段分布较集中, ADTD系统正地闪电流高值区段分布相对分散。SAFIR系统负地闪电流强度最多出现在10~15 kA, 占负地闪总数的20. 6%, 大于10 kA的随电流增大而所占次数减少。ADTD系统负地闪电流强度在25~30 kA最多, 占负地闪总数的18. 1%, 从10~30 kA次数依次增大, 从40~100 kA次数依次减少。两系统负地闪强度都呈准单峰变化趋势分布。两系统峰值区前后斜率较大, 说明负地闪电流高值区段分布较为集中。
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图 7 2008年SAFIR (a, c)和ADTD (b, d)系统正(a, b)、负(c, d)地闪不同电流强度段次数分布 Figure 7 Frequency distribution of the current of positive (a, b) and negative (c, d) CG lightning detected by SAFIR (a, c) and ADTD (b, d) in 2008 |
为判断哪个系统监测到闪电电流准确度更高一些, 将两系统监测电流和IEEE工作组给出电流幅值分布对比。IEEE工作组给出了雷击电流大于某一电流IP的累积概率的近似表达式(李家启等, 2010):
| ${P_c}\left( { > {I_P}} \right) = \frac{1}{{1 + {{\left( {\frac{I}{{31}}} \right)}^{2.6}}}},$ | (1) |
式中: IP∈(2 kA, 200 kA)。
将SAFIR系统监测的正地闪、负地闪电流, ADTD系统监测的正地闪、负地闪电流分别计算出累积分布概率, 以及由IEEE工作组给出的式(1) 计算得到的电流累积分布概率(图 8)。由图 8可以看出, 对于SAFIR系统正地闪电流在大于50 kA时, 和IEEE工作组给出的电流分布比较接近, 负地闪电流大于60 kA时比较接近, 负地闪电流整体和IEEE工作组给出的电流比较一致, 总体上SAFIR系统监测的大电流概率小于IEEE工作组给出的概率。对于ADTD系统, 正地闪电流分布和IEEE工作组给出的电流分布较为一致, 整体前者电流幅值大于后者电流幅值, 前者大电流概率大于后者; 负地闪电流在0~20 kA分布少于IEEE工作组给出的电流分布, 大于30 kA以上前者分布也少于后者。ADTD系统负地闪电流分布在20~30 kA较多, 其负地闪电流和IEEE工作组给出的较为接近。
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图 8 2008年SAFIR和ADTD系统监测的正(a)、负(b)地闪电流累积概率分布 Figure 8 Cumulative probability curve of current intensity of positive (a) and negative (b) CG lightning detected by SAFIR and ADTD in 2008 |
表 2为2008年所统计区域内两系统大电流(绝对值大于100 kA的电流)次数分布。SAFIR系统探测到的正地闪最大值为168. 61 kA, 大于100 kA的为17次, 大于150 kA的为1次; 负地闪最大值为197. 26 kA, 大于100 kA的为47次, 大于150 kA的为5次。ADTD系统探测到的正地闪大于100 kA的为542次, 在200~300 kA的为71次; 负地闪大于100 kA的为1040次, 在200~300 kA的为253次。同时可发现SAFIR探测的闪电电流值明显小于ADTD系统探测的电流值。
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表 2 两系统大电流(大于100 kA)次数分布 Table 2 Distribution of larger current (more than 100 kA) detected by SAFIR and ADTD |
图 9为2008年北京及周边区域两定位系统电流空间分布。SAFIR系统探测的正地闪电流空间分布结果显示(图 9a), 大多数区域正地闪电流约为40~50 kA, 其中在北京中部和西部、天津西北部部分地区电流较大, 大约80 kA, 呈簇状分布。在北京、天津、承德交汇地方以及唐山中部电流较小, 为10~20 kA。总体而言, SAFIR系统探测的正地闪电流高值区分布较为集中。
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图 9 2008年SAFIR(a, c)和ADTD(b, d)系统探测的正(a, b)、负(c, d)地闪电流空间分布(单位: kA) Figure 9 Spatial distribution of the current of positive (a, b) and negative (c, d) CG lightning detected by SAFIR (a, c) and ADTD (b, d) in 2008. Unit: kA |
ADTD系统探测的正地闪电流空间分布结果显示(图 9b), 大部分地区正地闪电流为50~70 kA, 其中在北京、天津、廊坊中北部正地闪电流较大, 为150~170 kA。在北京东部, 唐山中北部, 一些地区电流较小, 为10~20 kA。比较而言, ADTD系统探测的正地闪电流高值区较分散, 较均匀的分散在该区域。
SAFIR系统探测的负地闪电流空间分布结果显示(图 9c), 在北京西北部、廊坊西部、唐山中东部负地闪电流较大, 为30~40 kA, 这些地方部分区域负地闪电流达到70 kA。在北京南部、天津北部、唐山北部负地闪电流较小, 大约20 kA。与SAFIR系统正地闪电流类似, 负地闪电流高值区也相对比较集中, 但集中程度不如正地闪。
ADTD系统探测的负地闪电流空间分布结果显示(图 9d), 在天津中部和北部负地闪电流较大, 大约110 kA。其他地区闪电电流均较小, 在20~30 kA之间。相比ADTD正地闪电流空间分布, ADTD负地闪电流高值区相对较集中, 但高值区分布位置和SAFIR负地闪的有差异。
6 结论与讨论利用2008年北京及其周边地区(天津、唐山、廊坊等)SAFIR和ADTD两闪电定位系统探测的闪电资料, 对比分析了闪电时间分布(日分布、月分布)、空间分布(闪电密度分布)、电流强度分布(时间分布、累积概率分布、空间分布)等特征, 得到以下主要结论:
(1)2008年SAFIR系统探测的正地闪(2066次)、负地闪(22681次)均比ADTD系统偏少(后者分别为正地闪4307次, 负地闪64279次), 但二者探测到正地闪和负地闪的日变化、月变化特征基本一致, 特别是正地闪月分布二者均呈“M”形状变化。另外, 二者探测的闪电极性基本接近, SAFIR系统探测的正地闪百分比(8. 35%)较ADTD探测的稍高(6. 31%)。
(2) 从闪电空间分布来看, SAFIR系统探测的正地闪高值区分布较分散, 主要在天津东部和唐山东部, ADTD系统探测的正地闪高值区分布主要在北京中北部和天津北部。两系统所探测的负地闪高值区分布也有所不同, SAFIR探测的负地闪高值区主要集中在天津东南部, ADTD负地闪高值区主要集中在京津唐交汇地方以及唐山东部地区。两系统低值区分布基本一致。总体而言, SAFIR系统探测到的高值区主要在偏南部, ADTD系统的主要在偏北部, 特别是两系统负地闪表现更明显。初步分析可能分别和SAFIR系统北部的怀柔站探测性能下降、ADTD系统南部站点较少有关。
(3) 从电流大小和时间变化特征来看, SAFIR系统探测的正地闪、负地闪平均电流强度小于ADTD系统的探测值(前者正地闪平均电流为24. 4 kA, 负地闪为-22. 03 kA, 后者正地闪平均电流为60. 18 kA, 负地闪为-35. 3 kA)。前者探测的正地闪电流日分布中整体比后者小约25 kA, 探测的负地闪电流日分布则小约10 kA。二者探测的电流强度日变化、月变化变化特征基本一致, 另外二者均是7月正地闪电流强度分布跨度较大, 8月负地闪电流强度分布跨度较大。
(4) 从电流强度概率分布来看, SAFIR系统探测的正地闪电流高值区段、负地闪电流高值区段和ADTD探测的负地闪电流高值区段均较集中, 而ADTD系统探测的正地闪电流高值区段分布相对较分散。ADTD负地闪电流累积概率分布整体和IEEE工作组给出的最为接近。ADTD探测的大电流数值及次数均较SAFIR的多。从电流空间分布来看, SAFIR系统探测的正地闪电流高值区较集中, 呈簇状分布, 而ADTD探测的正地闪电流高值较均匀、分散, 二者探测的负地闪电流高值区也较为集中, 但分布位置有差异。
总体而言, 2008年SAFIR和ADTD两系统探测闪电次数日变化、月变化趋势基本一致, 这表明这两套系统的观测资料基本能够反映闪电时间分布特征。不同的是闪电次数有一定差异, 前者探测总地闪次数仅是后者的36. 23%;此外正地闪电流强度平均值差异较大, 前者仅是后者的40. 54%, 二者相差35. 78 kA; 负地闪电流强度平均值前者是后者的62. 41%, 二者相差13. 3 kA。总体SAFIR系统探测的地闪次数偏少, 闪电电流强度偏小, 这可能是因为该系统安装时间较早, 经过较长时间运行后, 缺乏维护升级和保养, 导致探测性能下降, 探测效率降低, 另外, 作为同时监测云闪和地闪的闪电定位设备, 其地闪定位能力偏弱(Drüe et al, 2007)。北京ADTD系统2008年是刚安装后的第二年, 性能处于较好阶段, 同时结合崔逊等(2016)对ADTD系统探测地闪的肯定, 初步认为其在2008年探测该区域的地闪的性能相对可靠。总之, 需要对两种系统的地闪波形判据和阈值选择、系统自身时间分辨率、安装的位置、系统的标定和维护、数据传输是否正常作进一步研究来说明(陈明理等, 1991)。另外, 由于受探测站点安装时间的制约, 仅能选取共有的一年闪电数据进行分析对比, 时间跨度较短, 具有一定的局限性。
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