同相散射雷達觀測雲對地閃電與地面電場關聯性之研究

韓劍(Han Jian)

指導教授 ： 朱延祥

國立中央大學/地球科學學院/太空科學研究所/碩士(2015年)

摘要

本研究使用觀測設備為 本研究使用觀測設備為 本研究使用觀測設備為 本研究使用觀測設備為 中壢 52MHz 52MHz 特高頻雷達站 特高頻雷達站 的一套干涉天線陣列， 一套干涉天線陣列， 一套干涉天線陣列， 其 於民國 101 101年增設完成 年增設完成 年增設完成 ，由 5 座八木天線排列成非等間距之十字型 座八木天線排列成非等間距之十字型 座八木天線排列成非等間距之十字型 座八木天線排列成非等間距之十字型 座八木天線排列成非等間距之十字型 座八木天線排列成非等間距之十字型 組成 ，提供 ，提供 干涉定位所需 干涉定位所需 5 路接收信號；干涉定位時必須利用不同天線間目標，因 路接收信號；干涉定位時必須利用不同天線間目標，因 路接收信號；干涉定位時必須利用不同天線間目標，因 路接收信號；干涉定位時必須利用不同天線間目標，因 路接收信號；干涉定位時必須利用不同天線間目標，因 路接收信號；干涉定位時必須利用不同天線間目標，因 路接收信號；干涉定位時必須利用不同天線間目標，因 路接收信號；干涉定位時必須利用不同天線間目標，因 路接收信號；干涉定位時必須利用不同天線間目標，因 路接收信號；干涉定位時必須利用不同天線間目標，因 傳播路徑差而產生之相位值， 傳播路徑差而產生之相位值， 傳播路徑差而產生之相位值， 傳播路徑差而產生之相位值， 傳播路徑差而產生之相位值， 進而可 進而可 推估出目標物的空間位置； 推估出目標物的空間位置； 推估出目標物的空間位置； 推估出目標物的空間位置； 推估出目標物的空間位置； 本研究使用 本研究使用 此干涉天線陣列與其方程式可將閃電之三維空間結構完整呈現 此干涉天線陣列與其方程式可將閃電之三維空間結構完整呈現 此干涉天線陣列與其方程式可將閃電之三維空間結構完整呈現 此干涉天線陣列與其方程式可將閃電之三維空間結構完整呈現 此干涉天線陣列與其方程式可將閃電之三維空間結構完整呈現 此干涉天線陣列與其方程式可將閃電之三維空間結構完整呈現 此干涉天線陣列與其方程式可將閃電之三維空間結構完整呈現 此干涉天線陣列與其方程式可將閃電之三維空間結構完整呈現 此干涉天線陣列與其方程式可將閃電之三維空間結構完整呈現 此干涉天線陣列與其方程式可將閃電之三維空間結構完整呈現 ，而可 知其閃電類型與位置。 知其閃電類型與位置。 知其閃電類型與位置。 知其閃電類型與位置。
因人工過濾閃電資料所需耗費不少力源 因人工過濾閃電資料所需耗費不少力源 因人工過濾閃電資料所需耗費不少力源 因人工過濾閃電資料所需耗費不少力源 因人工過濾閃電資料所需耗費不少力源 因人工過濾閃電資料所需耗費不少力源 因人工過濾閃電資料所需耗費不少力源 ，故本研究制定出一套合理之 故本研究制定出一套合理之 故本研究制定出一套合理之 故本研究制定出一套合理之 篩選門檻 ，此門檻隨著時間而有所不同 此門檻隨著時間而有所不同 此門檻隨著時間而有所不同 此門檻隨著時間而有所不同 此門檻隨著時間而有所不同 ，以因應隨時變之背景雜訊干擾 以因應隨時變之背景雜訊干擾 以因應隨時變之背景雜訊干擾 以因應隨時變之背景雜訊干擾 ，用此 門檻可將雷達訊號中之被動電壓崩潰與主閃回波辨別出來 門檻可將雷達訊號中之被動電壓崩潰與主閃回波辨別出來 門檻可將雷達訊號中之被動電壓崩潰與主閃回波辨別出來 門檻可將雷達訊號中之被動電壓崩潰與主閃回波辨別出來 門檻可將雷達訊號中之被動電壓崩潰與主閃回波辨別出來 門檻可將雷達訊號中之被動電壓崩潰與主閃回波辨別出來 門檻可將雷達訊號中之被動電壓崩潰與主閃回波辨別出來 門檻可將雷達訊號中之被動電壓崩潰與主閃回波辨別出來 門檻可將雷達訊號中之被動電壓崩潰與主閃回波辨別出來 門檻可將雷達訊號中之被動電壓崩潰與主閃回波辨別出來 ，就可 以利用系統進行自動篩選閃電訊號與三維定位之作 以利用系統進行自動篩選閃電訊號與三維定位之作 以利用系統進行自動篩選閃電訊號與三維定位之作 以利用系統進行自動篩選閃電訊號與三維定位之作 以利用系統進行自動篩選閃電訊號與三維定位之作 以利用系統進行自動篩選閃電訊號與三維定位之作 以利用系統進行自動篩選閃電訊號與三維定位之作 以利用系統進行自動篩選閃電訊號與三維定位之作 ，此法利於我們獲得大量 此法利於我們獲得大量 此法利於我們獲得大量 此法利於我們獲得大量 閃電資訊 ，用以進行統計分析。 用以進行統計分析。 用以進行統計分析。 用以進行統計分析。 比對 桃園過嶺地面電場測站與中壢 桃園過嶺地面電場測站與中壢 桃園過嶺地面電場測站與中壢 桃園過嶺地面電場測站與中壢 桃園過嶺地面電場測站與中壢 VHFVHF 雷達站之資料發現 雷達站之資料發現 雷達站之資料發現 雷達站之資料發現 ， 同時段之雲 同時段之雲 同時段之雲 同時段之雲 同時段之雲 對地閃電回波資料與面場訊有所關聯 對地閃電回波資料與面場訊有所關聯 對地閃電回波資料與面場訊有所關聯 對地閃電回波資料與面場訊有所關聯 對地閃電回波資料與面場訊有所關聯 對地閃電回波資料與面場訊有所關聯 對地閃電回波資料與面場訊有所關聯 對地閃電回波資料與面場訊有所關聯 對地閃電回波資料與面場訊有所關聯 對地閃電回波資料與面場訊有所關聯 對地閃電回波資料與面場訊有所關聯 對地閃電回波資料與面場訊有所關聯 對地閃電回波資料與面場訊有所關聯 對地閃電回波資料與面場訊有所關聯 對地閃電回波資料與面場訊有所關聯 對地閃電回波資料與面場訊有所關聯 對地閃電回波資料與面場訊有所關聯 對地閃電回波資料與面場訊有所關聯 對地閃電回波資料與面場訊有所關聯 ， 當閃電發生且柱擊中 當閃電發生且柱擊中 當閃電發生且柱擊中 當閃電發生且柱擊中 當閃電發生且柱擊中 當閃電發生且柱擊中 當閃電發生且柱擊中 當閃電發生且柱擊中 當閃電發生且柱擊中 當閃電發生且柱擊中 當閃電發生且柱擊中 地面時 ， 地表電場會因閃柱之荷影響產生強烈變化 地表電場會因閃柱之荷影響產生強烈變化 地表電場會因閃柱之荷影響產生強烈變化 地表電場會因閃柱之荷影響產生強烈變化 地表電場會因閃柱之荷影響產生強烈變化 地表電場會因閃柱之荷影響產生強烈變化 地表電場會因閃柱之荷影響產生強烈變化 地表電場會因閃柱之荷影響產生強烈變化 地表電場會因閃柱之荷影響產生強烈變化 地表電場會因閃柱之荷影響產生強烈變化 地表電場會因閃柱之荷影響產生強烈變化 地表電場會因閃柱之荷影響產生強烈變化 地表電場會因閃柱之荷影響產生強烈變化 地表電場會因閃柱之荷影響產生強烈變化 地表電場會因閃柱之荷影響產生強烈變化 地表電場會因閃柱之荷影響產生強烈變化 地表電場會因閃柱之荷影響產生強烈變化 地表電場會因閃柱之荷影響產生強烈變化 地表電場會因閃柱之荷影響產生強烈變化 地表電場會因閃柱之荷影響產生強烈變化 地表電場會因閃柱之荷影響產生強烈變化 ， 進而利用統 進而利用統 進而利用統 進而利用統 進而利用統 計分析方法比對兩者之關聯性。 計分析方法比對兩者之關聯性。 計分析方法比對兩者之關聯性。 計分析方法比對兩者之關聯性。 計分析方法比對兩者之關聯性。 計分析方法比對兩者之關聯性。 計分析方法比對兩者之關聯性。 計分析方法比對兩者之關聯性。 計分析方法比對兩者之關聯性。 計分析方法比對兩者之關聯性。 計分析方法比對兩者之關聯性。 計分析方法比對兩者之關聯性。 計分析方法比對兩者之關聯性。 計分析方法比對兩者之關聯性。

關鍵字

雲對地閃電與地面電場關聯性

並列摘要

In this theis, the Chung-Li VHF radar system was used for studying lightning which was built in 2012. The whole antenna system is consist of 5 yagi-antenna placed in cross shape and the distances of each antenna are different. we can evaluate the position of lightning in space by the difference of phase caused by propagation difference. The types and dimension position of lightning can be referred by radar interferometry.

The electrical breakdwon and the active lightning of radar signals can be distinguished by the threshold which change as time goes by. With the threshold, we can use computer system to get a lot of lightning data dressing by screening. After statistical analysis, the relatedness between the cloud-to-ground lightning and the ground electric field can be found by the data of Taoyuan Guo-Ling ground eletric field observation station and Chung-Li VHF radar. When lightning hits the ground, the ground eletric field will have a strong change. We can analyze it by using statistical methods.

參考文獻

(12) 曾子弋，閃電之定位與誤差模擬 曾子弋，閃電之定位與誤差模擬 曾子弋，閃電之定位與誤差模擬 曾子弋，閃電之定位與誤差模擬 曾子弋，閃電之定位與誤差模擬 : 雷達干涉法與時間差之分析研究，國 雷達干涉法與時間差之分析研究，國 雷達干涉法與時間差之分析研究，國 雷達干涉法與時間差之分析研究，國 雷達干涉法與時間差之分析研究，國 雷達干涉法與時間差之分析研究，國 雷達干涉法與時間差之分析研究，國 立中央大學太空科研究所， 碩士論文立中央大學太空科研究所， 碩士論文立中央大學太空科研究所， 碩士論文立中央大學太空科研究所， 碩士論文立中央大學太空科研究所， 碩士論文立中央大學太空科研究所， 碩士論文2014 。

(2) Ballarotti .M. G, Saba F. and Pinto J., “High Ballarotti .M. G, Saba F. and Pinto J., “High Ballarotti .M. G, Saba F. and Pinto J., “High Ballarotti .M. G, Saba F. and Pinto J., “High Ballarotti .M. G, Saba F. and Pinto J., “High Ballarotti .M. G, Saba F. and Pinto J., “High Ballarotti .M. G, Saba F. and Pinto J., “High -speed camera observations of speed camera observations of speed camera observations of speed camera observations of speed camera observations of speed camera observations of speed camera observations of negativ e ground flashes on a millisecond e ground flashes on a millisecond e ground flashes on a millisecond e ground flashes on a millisecond e ground flashes on a milliseconde ground flashes on a millisecond e ground flashes on a millisecond -scale”, Geophysical Research Letter, vol. scale”, Geophysical Research Letter, vol. scale”, Geophysical Research Letter, vol. scale”, Geophysical Research Letter, vol. scale”, Geophysical Research Letter, vol. scale”, Geophysical Research Letter, vol. scale”, Geophysical Research Letter, vol. scale”, Geophysical Research Letter, vol. 32, p.4, 2005. 32, p.4, 2005.

(3) MacGorman, D. R. W. David Rust, “The electrical nature of storms”, Oxford MacGorman, D. R. W. David Rust, “The electrical nature of storms”, Oxford MacGorman, D. R. W. David Rust, “The electrical nature of storms”, Oxford MacGorman, D. R. W. David Rust, “The electrical nature of storms”, Oxford MacGorman, D. R. W. David Rust, “The electrical nature of storms”, Oxford MacGorman, D. R. W. David Rust, “The electrical nature of storms”, Oxford MacGorman, D. R. W. David Rust, “The electrical nature of storms”, Oxford MacGorman, D. R. W. David Rust, “The electrical nature of storms”, Oxford MacGorman, D. R. W. David Rust, “The electrical nature of storms”, Oxford MacGorman, D. R. W. David Rust, “The electrical nature of storms”, Oxford MacGorman, D. R. W. David Rust, “The electrical nature of storms”, Oxford MacGorman, D. R. W. David Rust, “The electrical nature of storms”, Oxford MacGorman, D. R. W. David Rust, “The electrical nature of storms”, Oxford MacGorman, D. R. W. David Rust, “The electrical nature of storms”, Oxford MacGorman, D. R. W. David Rust, “The electrical nature of storms”, Oxford University Press, New York, 1998. University Press, New York, 1998.University Press, New York, 1998.University Press, New York, 1998. University Press, New York, 1998. University Press, New York, 1998.University Press, New York, 1998. University Press, New York, 1998.

(5) Petitdidier M., Laroche P. “Lightning observations with the Strato Petitdidier M., Laroche P. “Lightning observations with the Strato Petitdidier M., Laroche P. “Lightning observations with the Strato Petitdidier M., Laroche P. “Lightning observations with the Strato Petitdidier M., Laroche P. “Lightning observations with the Strato Petitdidier M., Laroche P. “Lightning observations with the Strato Petitdidier M., Laroche P. “Lightning observations with the Strato Petitdidier M., Laroche P. “Lightning observations with the Strato Petitdidier M., Laroche P. “Lightning observations with the Strato Petitdidier M., Laroche P. “Lightning observations with the Strato -TroposphericTroposphericTropospheric

(6) Rakov V., Huffines G., “Return Stroke Multiplicity of Negative Cl Rakov V., Huffines G., “Return Stroke Multiplicity of Negative Cl Rakov V., Huffines G., “Return Stroke Multiplicity of Negative Cl Rakov V., Huffines G., “Return Stroke Multiplicity of Negative Cl Rakov V., Huffines G., “Return Stroke Multiplicity of Negative Cl Rakov V., Huffines G., “Return Stroke Multiplicity of Negative Cl Rakov V., Huffines G., “Return Stroke Multiplicity of Negative Cl Rakov V., Huffines G., “Return Stroke Multiplicity of Negative Cl Rakov V., Huffines G., “Return Stroke Multiplicity of Negative Cl Rakov V., Huffines G., “Return Stroke Multiplicity of Negative Cl Rakov V., Huffines G., “Return Stroke Multiplicity of Negative Cl Rakov V., Huffines G., “Return Stroke Multiplicity of Negative Cl oud to Ground oud to Ground oud to Ground Lightning Flashes”, Journal of Applied Meteorology, vol.42, P.8, 2003. Lightning Flashes”, Journal of Applied Meteorology, vol.42, P.8, 2003. Lightning Flashes”, Journal of Applied Meteorology, vol.42, P.8, 2003. Lightning Flashes”, Journal of Applied Meteorology, vol.42, P.8, 2003. Lightning Flashes”, Journal of Applied Meteorology, vol.42, P.8, 2003. Lightning Flashes”, Journal of Applied Meteorology, vol.42, P.8, 2003. Lightning Flashes”, Journal of Applied Meteorology, vol.42, P.8, 2003. Lightning Flashes”, Journal of Applied Meteorology, vol.42, P.8, 2003. Lightning Flashes”, Journal of Applied Meteorology, vol.42, P.8, 2003. Lightning Flashes”, Journal of Applied Meteorology, vol.42, P.8, 2003. Lightning Flashes”, Journal of Applied Meteorology, vol.42, P.8, 2003. Lightning Flashes”, Journal of Applied Meteorology, vol.42, P.8, 2003. Lightning Flashes”, Journal of Applied Meteorology, vol.42, P.8, 2003. Lightning Flashes”, Journal of Applied Meteorology, vol.42, P.8, 2003.