Preliminary measurements and analysis of lightning electric field recorded at the observation station in the South-east part of Poland

• Autorzy: Karnas G. , Maslowski G.

Identyfikatory

DOI

10.12915/pe.2014.04.21

Warianty tytułu

PL

Wstępne pomiary i analiza piorunowego pola elektrycznego zarejestrowanego na stacji obserwacyjnej w południowo-wschodniej części Polski

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In this paper we have presented preliminary measurements and analysis of lightning electric field recorded at a new lightning observation station installed at Rzeszow University of Technology, Poland. Parameters of the lightning electromagnetic field are determined based on the power spectrum density obtained from the short-time Fourier transform. Typical lightning electric field waveform recorded during summer season 2013 was analyzed for different frequency ranges and parameters of the transformation. The most important features of the analyzed electric field waveform generated by the far lightning return stroke can be determined based on the dynamic spectrum the upper frequency of which does not exceed 25 kHz. The obtained results can be applied for location and warning systems purposes to develop effective algorithms of lightning parameters recognition.

PL

W artykule przedstawiono pierwsze wyniki pomiarów oraz analizę piorunowego pola elektrycznego zarejestrowanego na stacji obserwacji wyładowań atmosferycznych Politechniki Rzeszowskiej, w Polsce. Parametry pola elektrycznego zostały wyznaczone w oparciu o spektrogramy gęstości widmowej mocy otrzymane z wykorzystaniem krótkoczasowej transformaty Fouriera. Analizie poddano typowy przebieg piorunowego pola elektrycznego zarejestrowany podczas sezonu burzowego w 2013 roku. Przebiegi były badane dla różnych zakresów częstotliwości oraz parametrów transformaty. Najważniejsze cechy analizowanego pola elektrycznego pochodzącego od dalekiego wyładowania głównego mogą być określone na podstawie dynamicznego spektrum, którego górna granica częstotliwości nie przekracza 25 kHz. Otrzymane rezultaty mogą być zaimplementowane w nowych algorytmach identyfikacji parametrów piorunowych, głównie na potrzeby systemów lokalizacji oraz wczesnego ostrzegania przed burzami.

Słowa kluczowe

EN

lightning observation station; lightning electric field waveforms; fast video recording; lightning protection

PL

stacja obserwacji wyładowań; pole elektryczne piorunowe; szybka rejestracja wideo; ochrona odgromowa

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2014
• Tom: R. 90, nr 4
• Strony: 97--99
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., il., wykr.

Twórcy

autor

Karnas G.

• Rzeszow University of Technology

autor

Maslowski G.

• Rzeszow University of Technology

Bibliografia

• [1] Rakov V.A., Uman M.A., Lightning: Physics and Effects, Cambridge Univ. Press, 2003, New York.
• [2] Maslowski G.: Analysis and modeling of lightning discharges for overvoltage protection, Institutional Educational and Scientific Publishing AGH, Series: Dissertations, Monographs, No. 208, Krakow, 2010 (in Polish).
• [3] Ishii M., Saito M., Influence of geometry of lightning channel on associated electromagnetic field waveforms, Przeglad Elektrotechniczny, vol.8, 2010.
• [4] Haddad M.A., Rakov V.A., Cummer S.A., New Measurements of Lightning Electric Fields in Florida: Waveform Characteristics, Interaction with the Ionosphere, and Peak Current Estimates, J. Geophys. Res., 117, D10101, doi:10.1029/2011JD017196, 2012.
• [5] Nag A., Rakov V.A., Tsalikis D., Howard J., Biagi C.J., Hill D., Uman M.A., Jordan D.M., Characteristics of the initial rising portion of near and far lightning return stroke electric field waveforms, Atmos. Res., 117, 2012, 71-77.
• [6] Maslowski G., RakovV.A., Miki M., Some inferences from radial electric fields measured inside the lightning-channel corona sheath, IEEE Trans. on EMC, Vol. 53, No. 2, pp. 390-394, 2011.
• [7] Nag A., Rakov V.A., Electric Field Pulse Trains Occurring Prior to the First Stroke in Cloud-to-Ground Lightning, IEEE Trans. on EMC, Vol. 51, No. 1, February 2009, pp. 147-150.
• [8] Betz H., Schmidt K., Laroche P., Blanchet P., Oettinger W., Defer E., LINET – A New Ligthning Detection Network in Europe, 13-th International Conference on Atmospheric Electricity, 2007, Beijing, China.
• [9] Loboda M., Betz H.D., Baranski P., Wiszniowski J., Dziewit Z., New Lightning Detection Networks in Poland – LINET and LLDN, The Open Atmospheric Science Journal 01/2009; 3:29-38. DOI:10.2174/1874282300903010029.
• [10] Baranski P., Loboda M., Wiszniowski J., Morawski M., Evaluation of multiple ground flash charge structure from electric field measurements using the Local Lightning Detection Network in the region of Warsaw, Atmospheric Research, 117, 99-110, doi: 10.1016/j.atmosres.2011.10.011.
• [11] Wenrong S., Zhang Jinxiu Z., Xu Z., Rong X., Lightning Characteristics Based on Date Observed with Shanghai Lightning Location System, China, Przeglad Elektrotechniczny, vol.11a, 2012.
• [12] Baranski P., Loboda M., Gajda W., Some general thunderstorm activity data obtained from the PERUN (SAFIR) system in Poland in years 2002-2005, 28-th International Conference on Lightning Protection, 2006, Kanazawa, Japan.
• [13] Kisielewicz T., Fiamingo F., Mazzetti C., Kuca B., Krasowski D., Impact of Overvoltage Shape Caused by Lightning Stroke on Sensitive Apparatus Protection by Means of SPD, Przeglad Elektrotechniczny, vol.9b, 2012.
• [14] Kisielewicz T., Fiamingo F., Mazzetti C., Kuca B., Flisowski Z., Case Study to Effective Protection of Sensitive Apparatus by Means of Voltage Limiting SPD, vol.8, 2012.
• [15] Maslowski G., Lightning observation station at the Rzeszow University of Technology, Poland, vol.10b, 2012.
• [16] Karnas G., Maslowski G., Baranski P., Berlinski J., Pankanin G., Instrumentation and data analysis process at the new lightning research station in Poland, vol.6, 2013.
• [17] Oppenheim, A.V., and R.W. Schafer, Discrete-Time Signal Processing, Prentice-Hall, Englewood Cliffs, NJ, 1989, pp.713-718.
• [18] Rabiner, L.R., and R.W. Schafer, Digital Processing of Speech Signals, Prentice-Hall, Englewood Cliffs, NJ, 1978.
• [19] Mathworks, Matlab Signal Processing Toolbox. Help contents, 2012.
• [20] Maslowski G., Baranski P., Karnas G., Electric Field Frequency Spectra of Multiple Cloud-to-Ground Lightning Flashes Recorded in the Warsaw Region by Local Lightning Detection Network, XIV International Conference on Atmospheric Electricity, 2011, Rio de Janeiro, Brazil.