如何精确揭示闪电的发生发展过程？

2012年7月24日16:53:58一次云闪放电过程的三维结构 (a) 闪电辐射源高度随时间的变化, (b) 东西方向上的投影, (c) 辐射源发生数目随高度的分布, (d) 平面投影, (e) 南北方向上的投影

（神秘的地球报道）据EurekAlert!：闪电是一种神奇壮观的自然现象，但其放电过程所产生的强烈电磁辐射和大电流过程，给人类生命财产造成了很大损失。因此，二百多年以前人们就开始了对闪电的研究。怎样才能精确的揭示闪电的发生发展过程，尤其是闪电在云内的传输过程？三维闪电VHF辐射源到达时间差技术（TOA）是目前最先进的揭示闪电发展的有效方法，而如何提高该项技术的定位精度？最近一项研究利用实验和理论方法对国内首个VHF高精度闪电三维定位网络的精度进行了分析。

研究相关论文题为：“闪电VHF辐射源三维定位网络测量精度的实验研究”，发表在最近出版的《中国科学：地球科学》2015年第10期，由中国科学院寒区旱区环境与工程研究所张广庶研究员担任通讯作者撰写。研究者采用自制的探空球载闪电模拟源携带的GPS飞行轨迹，对观测网络中心上空附近和网络外辐射源定位的误差进行了估算，并与模型理论计算作比较，揭示定位网络误差的变化规律。

闪电的传输速度可达到105m/s-107m/s，因此要揭示闪电的发生发展过程，定位仪器须具有很高的捕获速率和定位精度，才能精确描述快速发展的闪电过程。为了研究闪电，人们发展了最先进的三维闪电VHF辐射源TOA定位技术，其原理是通过多个测站，同时接收闪电产生的VHF信号，且利用基于GPS同步的高精度时钟，同步测量闪电放电产生的辐射源到达时间来定位，能够揭示闪电放电的精细发展过程，如图1所示。虽然该项技术经过了几十年的发展，但获得高精度和高质量的试验数据一直是研究者的最终追求，而只有对定位网络的精度进行计算分析，才能改进定位网络的布局，从而获得高精度的实验数据来研究闪电。

该项研究用实验和理论两种方法研究闪电辐射源定位精度，分析了影响定位网络误差的因素。研究者利用自制的探空球载闪电模拟源携带的GPS飞行轨迹，对观测网络中心上空附近和网络外辐射源定位的误差进行了估算，并建立了网内网外两个理论模型。实验结果表明，网内采用标准差合适，网外模型确定定位误差是径向距离的函数，呈抛物线形状，协方差计算结果也证实了这个结论。实际标定的标准差结果和理论计算结果一致，说明模型计算合理。

这一利用实验和理论两种方法对闪电辐射源定位精度的研究结果，对由时间测量不确定性和布站几何位置造成的误差作出了解释，揭示了网络定位误差与变化规律，分析了影响定位网络误差的因素，对修正定位结果，设计、优化和改进定位算法，合理布局定位网络，提高网络定位精度有重要意义。