Диссертация (1149467), страница 15
Текст из файла (страница 15)
2.41 приведены поточечные картины грозовой активности (слева) итреки центров кластеров, участвовавших в обработке данных.Для разделения волновых форм атмосфериков из выделенных грозовыхкластеров по типам и последующего формирования их усредненных формбыларазработанаклассификацииэвристическая[Кононов,итеративнаяЮсупов,2010].двухэтапнаяНапервомпроцедураэтапевсезарегистрированные формы, синхронные с данными поверочной УКВсистемы SAFIR и нормализованные по амплитуде первой полуволны,подвергались последовательному усреднению с разделением по типам сиспользованием в качестве критерия селекции некоторого заданногопредельно допустимого отклонения очередного анализируемого атмосферикаот усредненной формы (в метрике L2), полученной на предшествующейстадии обработки.
При достаточно жестком пороге допустимого с.к.о. (виспользуемом алгоритме он не превышал 20%) при первом проходеформировалось довольно много средних форм (количество которых моглодостигать 5…10% от общего числа исходных сигналов). При следующемзапуске процедуры усреднения эти формы использовались в качествеисходных эталонных образцов.88Рис. 2.41. Грозовая активность 28 июня, 6 и 10 июля 2001 г. Слевапредставлены наборы точек, характеризующие положения молниевыхразрядов. Справа представлены треки центров кластеров. Черными жирнымиокружностями с радиусами 50 и 150 км (центр отмечает положение пунктарегистрацииСДВформ)обозначенаобластьрасстоянийвыбораатмосфериков.Процедура усреднения повторялась до тех пор, пока количествоусредненных форм не переставало сокращаться.
На Рис. 2.42 в качестве89иллюстрации представлены некоторые усредненные формы атмосфериковпосле первого этапа классификации.forms.003 N = 1741 000500500000-500-500-500-1 000-1 000-1 0000 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500time, usforms.027 N = 260 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500time, usforms.050 N = 132forms.051 N = 951 0001 0001 000500500500000EzEz-500-500-500-1 000-1 000-1 0000 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500time, us0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500time, usforms.052 N = 1460 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500time, usforms.053 N = 54forms.063 N = 1061 0001 0001 000500500500Ez000EzEzEz1 0005000 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500time, usEzforms.004 N = 921 000EzEzforms.002 N = 82-500-500-500-1 000-1 000-1 0000 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500time, us0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500time, us0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500time, usРис. 2.42.
Пример результата первого этапа формирования типовых форм.Из приведенных иллюстраций видно, что наиболее часто встречающиесяформы отражают наличие форм, характерных как для ОЗ, так и ВО типов.На втором этапе отбрасывались формы, представленные выборками,количество которых не превышало трех экземпляров за весь период анализа.После этого рассчитывались функции взаимной корреляции усредненныхформ, выделенных в разные грозовые дни. В Табл. 2.6 приведеныкоэффициенты корреляции для некоторых форм и кластеров. Окончательнаявыборка сигналов, соответствующих тому или иному типу, формироваласьобъединением выборок из тех форм, коэффициенты взаимной корреляциикоторых были не меньше некоторого заданного порогового значения (дляобсуждаемых ниже данных этот порог составлял 0,9).90033.002033.001033.000231.017231.014231.010231.012231.004231.001121.016121.012121.029121.013121.007121.001121.000Табл.
2.6. Коэффициенты корреляции121.000 1,00 0,97 0,95 0,95 0,96 0,94 0,93 0,91 0,99 0,78 0,78 0,94 0,79 0,82 0,92 0,79121.001 0,97 1,00 0,97 0,97 0,95 0,92 0,83 0,93 0,99 0,82 0,73 0,90 0,74 0,87 0,93 0,87121.007 0,95 0,97 1,00 0,92 0,87 0,86 0,79 0,85 0,95 0,77 0,70 0,83 0,62 0,87 0,92 0,79121.013 0,95 0,97 0,92 1,00 0,97 0,94 0,85 0,98 0,97 0,83 0,76 0,92 0,80 0,89 0,91 0,90121.029 0,96 0,95 0,87 0,97 1,00 0,95 0,91 0,97 0,98 0,84 0,83 0,96 0,86 0,85 0,92 0,88121.012 0,94 0,92 0,86 0,94 0,95 1,00 0,93 0,95 0,95 0,77 0,80 0,99 0,92 0,77 0,86 0,86121.016 0,93 0,83 0,79 0,85 0,91 0,93 1,00 0,84 0,90 0,70 0,85 0,96 0,90 0,67 0,82 0,69231.001 0,91 0,93 0,85 0,98 0,97 0,95 0,84 1,00 0,94 0,86 0,81 0,94 0,86 0,88 0,89 0,95231.004 0,99 0,99 0,95 0,97 0,98 0,95 0,90 0,94 1,00 0,83 0,81 0,95 0,80 0,85 0,94 0,85231.012 0,78 0,82 0,77 0,83 0,84 0,77 0,70 0,86 0,83 1,00 0,87 0,77 0,63 0,93 0,91 0,91231.010 0,78 0,73 0,70 0,76 0,83 0,80 0,85 0,81 0,81 0,87 1,00 0,84 0,73 0,81 0,86 0,80231.014 0,94 0,90 0,83 0,92 0,96 0,99 0,96 0,94 0,95 0,77 0,84 1,00 0,94 0,74 0,86 0,82231.017 0,79 0,74 0,62 0,80 0,86 0,92 0,90 0,86 0,80 0,63 0,73 0,94 1,00 0,58 0,68 0,74033.000 0,82 0,87 0,87 0,89 0,85 0,77 0,67 0,88 0,85 0,93 0,81 0,74 0,58 1,00 0,94 0,94033.001 0,92 0,93 0,92 0,91 0,92 0,86 0,82 0,89 0,94 0,91 0,86 0,86 0,68 0,94 1,00 0,89033.002 0,79 0,87 0,79 0,90 0,88 0,86 0,69 0,95 0,85 0,91 0,80 0,82 0,74 0,94 0,89 1,00Некоторыерезультатыиспользованияобсуждаемойпроцедурыклассификации (селекции по типам) в виде усредненных волновых форм,нормированных по амплитуде первой полуволны, приведены на Рис.
2.43.Здесь приведено несколько типовых форм, представляющих подавляющеебольшинство из числа обрабатываемых сигналов. Из них следует отметитьтипы 1 и 2, соответствующие разрядам ОЗ типа. Формы этих типоввстречаются практически во всех кластерах, формируемых в грозах какфронтального, так и внутримассового характера. Их соотношение в выборкахможет меняться в зависимости от типа грозы и стадии ее развития.Коэффициенты взаимной корреляции усредненных по разным кластерамформ этих двух типов в большинстве случаев лежат в пределах 0,95…0,99,что значительно превышает приведенное выше пороговое значение 0,9.Корреляция между формами 1 и 2 типов также весьма значительна(0,6…0,95), что, в принципе, позволяет (ценой потери точности оценок внекоторых приложениях) рассматривать их как один тип.91800Type 1400t, μs200400t, μs2000-200Type 260001002003004000-200 0500-400-400-600-600100200300400500-800-800-1000-100010001000Type 3Type 4800500600400t, μs02000100200300400500t, μs0-500-200 02004006008001000-400-1000-600-800-1500-1000-2000Рис.
2.43. Типовые волновые формы атмосфериков, полученные усреднениемпо отдельным кластерам (тонкие линии), жирными линиями выделеныформы, полученные усреднением по всем кластерам, вертикальные черточкихарактеризуют разброс в пределах с.к.о.Значительнобольшимразнообразиемхарактеризуютсяформы,выделенные как тип 3. Они соответствуют отдельным наибольшим поамплитуде импульсным компонентам из цуга так называемых К-импульсов,формируемых внутриоблачными стримерами молниевых вспышек. Какправило, количество усредненных волновых форм этого типа, получаемых напервом этапе процедуры кластеризации, оказывается преобладающим.Взаимная коррелированность соответствующих этим типам волновых формнаходится в пределах от 0,2 до 0,8, оказываясь значительно меньшепорогового значения 0,9, используемого для последующего объединениявыборок, как это делалось для сигналов 1 и 2 типов. Поэтому они быливыделены в отдельный тип по другому критерию: более затянутомупереднему фронту и практически равному соотношению первых двухполуволн.
Мы сочли это допустимым, учитывая, что средние значениямаксимальных амплитуд полуволн этих импульсов в несколько раз меньшеаналогичных величин для атмосфериков типов 1 и 2 и в дальней зоне, для92которой в основном и предполагается использование канонических форм,при относительно высоком пороге регистрации, с сигналами этого типаприходитсявстречатьсязначительнореже,чемсдвумяпервыми.Усредненная форма типа 4, приведенная на Рис. 2.43, также не являетсяхарактерной для исследуемого региона.
Это, скорее, уникальный случайгенерирования в течение ночных и утренних часов нескольких десятковочень мощных импульсов с положительным знаком первой полуволны(противоположном знаку, характерному для полуволн типов 1 и 2),зафиксированныхизрасположенногонадмореммалоподвижногодиффузного грозового очага, Их отличительным признаком, кроме большейамплитуды и длительности первой полуволны, является значительнаянерегулярность формы после первой полуволны и наличие выраженногонизкочастотного "хвоста", обусловленного, по-видимому, непрерывнымтоком, протекающим после окончания основной фазы пробоя. В Табл.
2.7приведены статистические характеристики некоторых параметров первыхполуволн рассматриваемых типов волновых форм (в скобках указаноколичество атмосфериков, характеризующее объем выборки каждого типа).Табл. 2.7. Усредненные значения параметров типовых формТипы форм Em1(В/м) Em2(В/м) τ1(мкс)ПолученныеT1 (935)2,5 ± 1,7 0,7 ± 0,6 61 ± 14T2 (144)6,0 ± 3,2 3,0 ± 2,5 80 ± 17T3 (550)1,3 ± 0,8 1,2 ± 1,0 77 ± 25T4 (22)14,3 ± 4,4 –2,9 ± 1,9 100 ± 40усредненные(канонические)формы,заданные(взависимости от конкретных потребностей) либо в виде банка формирующихэтиформыреализаций,либоввидетаблицилиаппроксимацийсформированных усредненных волновых форм, могут служить модельюисточника (используемого в качестве второй производной дипольногомомента) при проведении расчетов полей молниевых разрядов в широкомдиапазоне расстояний, результаты которых, в свою очередь, предполагаетсяиспользовать в целом ряде практических приложений.93Исследуя формы импульсов для отдельных грозовых ячеек в ближнейзоне, можно заметить, что в стадии зарождения преобладают первый итретийтиповыеформы,встадиизрелостиподключаетсятип2,характеризующийся большой амплитудой и представляющий наибольшуюопасность, в стадии затухания – опять типы 1 и 3.Типовые формы электромагнитного излучения молниевого разрядаближней зоны можно представить не только в виде набора данных, но и ввидеаппроксимаций.Дляаппроксимацийволновыхформхорошозарекомендовали себя полиномы Лагерра (которые могут быть найдены спомощью формулы Родрига):Lλj ( x ) = (− 1) j x − λ e xdjdxj(x λ+ j −xe).Выпишем первые полиномы для значка j = 0, 1, 2:Lλ0 = 1 , L1λ ( x ) = x − λ − 1 , Lλ2 ( x ) = x 2 − 2(λ + 2)x + (λ + 1)(λ + 2) .Во многих случаях более точной является аппроксимация в виде суммыподобных функций:E z (t ) = A1 (a1t )λ1 e − a1t Lλj1 + k1 (a1t ) + A2 (a2t )λ 2 e − a 2 t Lλj 2 + k 2 (a2t ) .12Путем подбора параметров с помощью разработанной интерактивнойпрограммы,выводящейнаэкранмониторарезультатыизмененияпараметров, для типа 1 были найдены следующие значения:A1 = 2,4 , a1 = 1,4 ⋅ 105 , λ1 = 6 , j1 = 1 , k1 = 2A2 = −50 , a1 = 2,6 ⋅ 10 4 , λ1 = 3,5 , j2 = 0 , k1 = 0Для типа 2:A1 = 6,3 , a1 = 1,25 ⋅ 105 , λ1 = 5,44 , j1 = 1 , k1 = 2A2 = −2,9 ⋅ 10 −3 , a1 = 8,7 ⋅ 10 4 , λ1 = 9 , j1 = 1 , k1 = −2Для типа 3:A1 = −1,6 ⋅ 10 −2 , a1 = 1,47 ⋅ 105 , λ1 = 9 , j1 = 1 , k1 = −2A2 = −5,6 ⋅ 10 −3 , a1 = 9,1 ⋅ 10 4 , λ1 = 9 , j1 = 1 , k1 = 3Для типа 4:A1 = −6,3 , a1 = 1,25 ⋅ 105 , λ1 = 5,44 , j1 = 1 , k1 = 2A2 = −1,7 ⋅ 10 −3 , a1 = 2,4 ⋅ 10 4 , λ1 = 9 , j1 = 1 , k1 = −3 .На Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
