本發(fā)明涉及一種建筑物不同參數(shù)對(duì)大氣電場(chǎng)畸變效應(yīng)的數(shù)值模擬方法，屬于雷電監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

雷暴是指積雨云中發(fā)生的雷電交作的激烈放電現(xiàn)象，作為一種局地強(qiáng)對(duì)流天氣現(xiàn)象，常與暴雨、大風(fēng)、冰雹、龍卷風(fēng)等災(zāi)害性天氣聯(lián)系在一起，近年來(lái)，關(guān)于雷電對(duì)人民生命財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成算嚴(yán)重的威脅，因此雷暴監(jiān)測(cè)預(yù)警工作尤為重要。大氣電場(chǎng)儀是雷暴監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的重要組成部分，由于大氣電場(chǎng)儀安裝的位置周?chē)薪ㄖ锎嬖?，建筑物?duì)大氣電場(chǎng)具有一定的畸變效應(yīng)，因此需要對(duì)建筑物大氣電場(chǎng)的畸變效應(yīng)進(jìn)行研究，從而對(duì)大氣電場(chǎng)儀的安裝位置進(jìn)行場(chǎng)地修訂，能夠提高雷電監(jiān)測(cè)預(yù)警的準(zhǔn)確性。

就目前，對(duì)建筑物參數(shù)不同針對(duì)大氣電場(chǎng)畸變效應(yīng)數(shù)值的影響的相關(guān)研究較少，且不夠完善、系統(tǒng)，急需對(duì)相關(guān)的內(nèi)容進(jìn)行研究，得到完善的結(jié)論，能夠有效地對(duì)大氣電場(chǎng)儀的修訂以及對(duì)雷暴檢測(cè)預(yù)警工作的展開(kāi)提供科學(xué)指導(dǎo)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明目的是提供一種建筑物不同參數(shù)對(duì)大氣電場(chǎng)畸變效應(yīng)的數(shù)值模擬方法，通過(guò)對(duì)建筑物大氣電場(chǎng)的畸變效應(yīng)進(jìn)行數(shù)值模擬，以便能夠?qū)Υ髿怆妶?chǎng)儀的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行修訂，能夠提高雷電監(jiān)測(cè)預(yù)警的準(zhǔn)確性。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過(guò)如下的技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

本發(fā)明的一種建筑物不同參數(shù)對(duì)大氣電場(chǎng)畸變效應(yīng)的數(shù)值模擬方法，包括以下步驟：

(1)利用有限差分方法求出建筑物大氣電場(chǎng)的畸變系數(shù)，用于對(duì)大氣電場(chǎng)儀的實(shí)際測(cè)量值進(jìn)行修訂；

所述有限差分方法具體方法如下：

對(duì)所研究的空間模擬域進(jìn)行離散化處理，滿足泊松方程的二維電場(chǎng)基本表達(dá)式如下：

式中，ρ為所研究區(qū)域的自由電荷密度值，ε為介電常數(shù)，為所研究區(qū)域的電勢(shì)；如果所研究的空間模擬域內(nèi)沒(méi)有自由電荷的影響下，上述公式中取ρ＝0，則上述泊松方程就等效成拉普拉斯方程：

然后將上述等效后的拉普拉斯方程寫(xiě)成在直角坐標(biāo)系的表達(dá)形式：

然后采用五點(diǎn)差分的格式，對(duì)所研究的空間模擬域進(jìn)行離散化處理，假設(shè)在空間尺度上x(chóng)和y方向上的網(wǎng)格部分的步長(zhǎng)均相等，步長(zhǎng)值均為h,因子所模擬的空間場(chǎng)域內(nèi)的差分方程表達(dá)式為：

其中，i為x方向的格點(diǎn)數(shù)，j為y方向的格點(diǎn)數(shù)；如i＝1即x方向的第1個(gè)格點(diǎn)，j＝2即y方向的第2個(gè)格點(diǎn)；

然后，將方程(2)和(3)公式帶入差分后的方程(4)中得到：

最后，考慮建筑物所在的空間模擬區(qū)域的一系列邊界條件，對(duì)方程(5)計(jì)算，就可以求出離散化后的空間范圍內(nèi)每一個(gè)格點(diǎn)的電位值；

(2)對(duì)每一個(gè)格點(diǎn)的電位值進(jìn)行計(jì)算，在計(jì)算的過(guò)程中，i,j是按照從小到大的原則進(jìn)行計(jì)算的，然后進(jìn)行迭代，迭代到設(shè)定的一個(gè)空間位置時(shí)，計(jì)算出新的對(duì)方程(5)采用超松弛迭代算法，并將方程改寫(xiě)成：

其中，n為迭代次數(shù)，ω為超松弛迭代因子，利用方程(6)就可以計(jì)算出，整個(gè)空間模擬域內(nèi)的每一個(gè)格點(diǎn)上的電位值，然后通過(guò)所求出的電位值計(jì)算出格點(diǎn)上的電場(chǎng)強(qiáng)度，電場(chǎng)強(qiáng)度與電位之間的關(guān)系表達(dá)式為：

即電場(chǎng)強(qiáng)度等于負(fù)的電位的梯度；

將格點(diǎn)上的電場(chǎng)強(qiáng)度值與所研究的空間模擬域的背景電場(chǎng)值之比，即畸變系數(shù)。

步驟(1)中，模擬域的上邊界以及左右邊界滿足Neumann邊界條件，地面以及建筑物表面滿足Dirichlet邊界條件。

上述超松弛迭代因子ω的取值為1<ω<2。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的有益效果是：通過(guò)有限差分方法分別研究單個(gè)建筑物的高度、寬度以及多個(gè)建筑物的高度、寬度對(duì)大氣電場(chǎng)畸變效應(yīng)的數(shù)值模擬，并求出畸變系數(shù)，用于對(duì)大氣電場(chǎng)儀的實(shí)際測(cè)量值進(jìn)行修訂，能夠提高雷電監(jiān)測(cè)預(yù)警的準(zhǔn)確性。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖；

圖2為模擬域空間結(jié)構(gòu)圖；

圖3(a)為建筑物高度為20m時(shí)對(duì)大氣電場(chǎng)畸變效應(yīng)模擬結(jié)果；

圖3(b)為建筑物高度為25m時(shí)對(duì)大氣電場(chǎng)畸變效應(yīng)模擬結(jié)果；

圖3(c)為建筑物高度為30m時(shí)對(duì)大氣電場(chǎng)畸變效應(yīng)模擬結(jié)果；

圖3(d)為建筑物高度為35m時(shí)對(duì)大氣電場(chǎng)畸變效應(yīng)模擬結(jié)果；

圖4為建筑物不同高度下的畸變系數(shù)以及線性擬合結(jié)果；

圖5(a)為建筑物寬度取值為5m時(shí)對(duì)大氣電場(chǎng)畸變效應(yīng)模擬結(jié)果；

圖5(b)為建筑物寬度取值為7m時(shí)對(duì)大氣電場(chǎng)畸變效應(yīng)模擬結(jié)果；

圖5(c)為建筑物寬度取值為9m時(shí)對(duì)大氣電場(chǎng)畸變效應(yīng)模擬結(jié)果；

圖5(d)為建筑物寬度取值為11m時(shí)對(duì)大氣電場(chǎng)畸變效應(yīng)模擬結(jié)果；

圖6為建筑物不同寬度下的畸變系數(shù)以及線性擬合結(jié)果；

圖7(a)為大氣電場(chǎng)儀安裝位于距離建筑物建取值為2m時(shí)對(duì)大氣電場(chǎng)畸變效應(yīng)模擬結(jié)果；

圖7(b)為大氣電場(chǎng)儀安裝位于距離建筑物建取值為4m時(shí)對(duì)大氣電場(chǎng)畸變效應(yīng)模擬結(jié)果；

圖7(c)為大氣電場(chǎng)儀安裝位于距離建筑物建取值為8m時(shí)對(duì)大氣電場(chǎng)畸變效應(yīng)模擬結(jié)果；

圖7(d)為大氣電場(chǎng)儀安裝位于距離建筑物建取值為16m時(shí)對(duì)大氣電場(chǎng)畸變效應(yīng)模擬結(jié)果；

圖8地面電場(chǎng)儀安裝位置與建筑物之間不同距離下的畸變系數(shù)以及線性擬合結(jié)果；

圖9(a)大氣電場(chǎng)儀安裝在高度分別為35m、45m，寬度分別為10m、10m的兩個(gè)建筑物建之間時(shí)大氣電場(chǎng)畸變效應(yīng)模擬結(jié)果；

圖9(b)大氣電場(chǎng)儀安裝在高度分別為35m、70m，寬度分別為10m、10m的兩個(gè)建筑物建之間時(shí)大氣電場(chǎng)畸變效應(yīng)模擬結(jié)果；

圖9(c)大氣電場(chǎng)儀安裝在高度分別為35m、45m，寬度分別為10m、6m的兩個(gè)建筑物建之間時(shí)大氣電場(chǎng)畸變效應(yīng)模擬結(jié)果；

圖9(d)大氣電場(chǎng)儀安裝在高度分別為35m、70m，寬度分別為10m、6m的兩個(gè)建筑物建之間時(shí)大氣電場(chǎng)畸變效應(yīng)模擬結(jié)果；

圖10(a)為大氣電場(chǎng)儀安裝在復(fù)雜度低的不規(guī)則建筑物旁邊時(shí)大氣電場(chǎng)畸變效應(yīng)模擬結(jié)果；

圖10(b)為大氣電場(chǎng)儀安裝在復(fù)雜度高的不規(guī)則建筑物旁邊時(shí)大氣電場(chǎng)畸變效應(yīng)模擬結(jié)果。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體實(shí)施方式，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。

本發(fā)明在研究建筑物對(duì)大氣電場(chǎng)造成的畸變效應(yīng)研究時(shí)，需要求出其畸變系數(shù)表示為求出的格點(diǎn)上的電場(chǎng)強(qiáng)度值與所研究的空間模擬域的背景電場(chǎng)值的比值。提供一種建筑物不同參數(shù)對(duì)大氣電場(chǎng)畸變效應(yīng)的數(shù)值，通過(guò)對(duì)建筑物大氣電場(chǎng)的畸變效應(yīng)進(jìn)行數(shù)值模擬，以便能夠?qū)Υ髿怆妶?chǎng)儀的實(shí)際測(cè)量結(jié)果進(jìn)行修訂。

參見(jiàn)圖1，有限差分的方法最主要的思想就是將所研究的空間模擬域進(jìn)行離散化處理，本發(fā)明可以使用有限差分對(duì)此類電磁學(xué)問(wèn)題進(jìn)行求解。滿足泊松方程的二維電場(chǎng)基本表達(dá)式如下：

式中，ρ為所研究區(qū)域的自由電荷密度值，ε為介電常數(shù)，為所研究區(qū)域的電勢(shì)。如果所研究的空間模擬域內(nèi)沒(méi)有自由電荷的影響下，上述公式中取ρ＝0，則上述泊松方程就等效成拉普拉斯方程：

然后將上述等效后的拉普拉斯方程寫(xiě)成在直角坐標(biāo)系的表達(dá)形式：

對(duì)于二維問(wèn)題，本文然后采用五點(diǎn)差分的格式，對(duì)所研究的空間模擬域進(jìn)行離散化處理，本文假設(shè)在空間尺度上x(chóng)和y方向上的網(wǎng)格剖分的步長(zhǎng)均相等，步長(zhǎng)值均為h,因子所模擬的空間場(chǎng)域內(nèi)的差分方程表達(dá)式為：

然后將方程(2)和(3)公式帶入差分后的方程(4)中得到：

最后在考慮建筑物所在的空間模擬區(qū)域的一些列邊界條件，對(duì)方程(5)計(jì)算，就可以求出離散化后的空間范圍內(nèi)每一個(gè)格點(diǎn)的電位值。

本發(fā)明在對(duì)大氣電場(chǎng)畸變效應(yīng)的計(jì)算工程中，對(duì)模擬的空間場(chǎng)域進(jìn)行了離散劃分，然后對(duì)每一個(gè)格點(diǎn)的電場(chǎng)值進(jìn)行計(jì)算，在計(jì)算的過(guò)程中，i,j是按照從小到大的原則進(jìn)行計(jì)算的，然后進(jìn)行迭代，迭代到某一個(gè)空間位置時(shí)，計(jì)算出新的對(duì)方程(5)采用超松弛迭代算法，并將方程改寫(xiě)成：

為了保證計(jì)算過(guò)程中迭代的收斂性，通常對(duì)超松弛迭代因子取值為1<ω<2。利用方程(6)就可以計(jì)算出，整個(gè)空間模擬域內(nèi)的每一個(gè)格點(diǎn)上的電位值，然后通過(guò)所求出的電位值計(jì)算出格點(diǎn)上的電場(chǎng)強(qiáng)度，電場(chǎng)強(qiáng)度與電位之間的關(guān)系表達(dá)式為：

即電場(chǎng)強(qiáng)度等于負(fù)的電位的梯度。本文在研究建筑物對(duì)大氣電場(chǎng)造成的畸變效應(yīng)研究時(shí)，需要求出其畸變系數(shù)可以表示為求出的格點(diǎn)上的電場(chǎng)強(qiáng)度值與所研究的空間模擬域的背景電場(chǎng)值的比值。

本發(fā)明在對(duì)大氣電場(chǎng)的畸變效應(yīng)的研究工作中，建立了二維空間模擬域，空間域的大小為300m×100m，本文對(duì)空間模擬域的背景電場(chǎng)取值為晴天大氣電場(chǎng)的均值，即130V/m，晴天大氣電場(chǎng)方向垂直指向地面，且該研究空間模擬域內(nèi)沒(méi)有其它自由電荷的影響，且假設(shè)建筑物的表面與地面呈等電勢(shì)分布，即電勢(shì)取值為0。圖2為模擬域的空間結(jié)構(gòu)圖，圖中W為建筑物的寬度，H為建筑物高度。對(duì)空間模擬域的邊界條件設(shè)置為，模擬域的上邊界以及左右邊界滿足Neumann邊界條件；地面以及建筑物表面滿足Dirichlet邊界條件。所研究區(qū)域的空間模擬域的空間分辨率為，即空間采取離散化后所剖分出的網(wǎng)格總數(shù)為(300/h)*(100/h)。

本發(fā)明首先研究在建筑物寬度一定時(shí)，不同建筑物的高度對(duì)大氣電場(chǎng)的畸變效應(yīng)的影響。所選取的建筑物的寬度為20m，然后分別選取建筑物的高度為20m,25m,30m,35m這四種情況，空間模擬域的尺寸均為300m×100m。大氣電場(chǎng)儀安裝在建筑物的頂端，電場(chǎng)儀的高度取值為0.5m，寬度取值為0.08m，且模擬區(qū)域內(nèi)無(wú)其它自由電荷。利用matlab軟件，編寫(xiě)出上文中所描述的滿足一定邊界條件下對(duì)泊松方程進(jìn)行求解的程序。圖3(a)、(b)、(c)、(d)為建筑物高度分別為20m、25m、30m、35m時(shí)對(duì)大氣電場(chǎng)畸變效應(yīng)模擬結(jié)果，從圖中可以看出，如果模擬區(qū)域沒(méi)有建筑物時(shí)，大氣電場(chǎng)應(yīng)該呈一條等勢(shì)線，當(dāng)模擬區(qū)域存在建筑物時(shí)，建筑物會(huì)對(duì)大氣電場(chǎng)造成一定的畸變效應(yīng)，且等值線越密集的地方，建筑物對(duì)大氣電場(chǎng)造成的畸變效應(yīng)就越顯著。當(dāng)空間模擬域內(nèi)建筑物的高度為20m時(shí)，求出的大氣電場(chǎng)畸變系數(shù)為2.0091；當(dāng)建筑物高為25m時(shí)，求出的大氣電場(chǎng)畸變系數(shù)為2.2610；當(dāng)建筑物高為30m時(shí)，求出的大氣電場(chǎng)畸變系數(shù)為2.5125；當(dāng)建筑物高為30m時(shí)，求出的大氣電場(chǎng)畸變系數(shù)為2.7638，可以看出，隨著建筑的高度逐漸增高時(shí)，電場(chǎng)儀頂端處的大氣電場(chǎng)畸變系數(shù)也隨之逐漸增大。

表1建筑物不同高度下的大氣電場(chǎng)畸變系數(shù)

表1統(tǒng)計(jì)出了建筑高度取值范圍在20m-90m之間時(shí)的大氣電場(chǎng)畸變系數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，可以看出在不同高度下，大氣電場(chǎng)畸變系數(shù)均大于1，進(jìn)一步說(shuō)明了建筑物均會(huì)對(duì)大氣電場(chǎng)造成一定的畸變效應(yīng)。其中，還可以看出，大氣電場(chǎng)畸變系數(shù)與建筑物高度之間存在一定的正相關(guān)性關(guān)系，即建筑物越高，大氣電場(chǎng)畸變系數(shù)值也就越大。對(duì)表1中計(jì)算出的畸變系數(shù)結(jié)果，進(jìn)行曲線擬合，擬合結(jié)果如圖4所示，從圖中可以看出，大氣電場(chǎng)畸變系數(shù)與建筑物的高度之間存在顯著的一元線性關(guān)系，擬合出的一元直線方程為y＝0.0502*x+1.0058，方程中的x為建筑物的高度，y為大氣電場(chǎng)畸變系數(shù)，可以看大氣電場(chǎng)畸變系數(shù)隨著x取值的增加呈現(xiàn)出線性遞增的變化趨勢(shì)。因此，如果想要求出本文研究高度范圍(20m-90m)之外的大氣電場(chǎng)畸變系數(shù)值時(shí)，只要將建筑物高度值帶入上述擬合出來(lái)的方程即可。

本發(fā)明其次研究在建筑物高度一定時(shí)，研究不同建筑物的寬度對(duì)大氣電場(chǎng)的畸變效應(yīng)的影響。所選取的建筑物的高度為35m，然后分別選取建筑物的寬度為5m,7m,9m,11m這四種情況，空間模擬域的尺寸均為300m×100m。大氣電場(chǎng)儀安裝在建筑物的頂端中間位置處，電場(chǎng)儀的高度取值為0.5m，寬度取值為0.08m，且模擬區(qū)域內(nèi)任然無(wú)其它自由電荷。利用matlab軟件，編寫(xiě)出上文中所描述的滿足一定邊界條件下對(duì)泊松方程進(jìn)行求解的程序。圖5(a)、(b)、(c)、(d)為建筑物高度一定時(shí)，寬度分別取值為5m、7m、9m、11m時(shí)對(duì)大氣電場(chǎng)畸變效應(yīng)模擬結(jié)果，從圖中可以直觀的看出，建筑物的寬度取值不一樣時(shí)，對(duì)大氣電場(chǎng)造成的畸變效應(yīng)也不相同，其中建筑物寬度取值越小時(shí)，對(duì)大氣電場(chǎng)造成的畸變效應(yīng)越顯著。當(dāng)空間模擬域內(nèi)建筑物的寬度取值為5m時(shí)，求出的大氣電場(chǎng)畸變系數(shù)為4.9525；當(dāng)建筑物寬度取值為7m時(shí)，求出的大氣電場(chǎng)畸變系數(shù)為4.2000；當(dāng)建筑物寬度取值為9m時(shí)，求出的大氣電場(chǎng)畸變系數(shù)為3.7511；當(dāng)建筑物寬度取值為11m時(shí)，求出的大氣電場(chǎng)畸變系數(shù)為3.4521，可以看出，隨著建筑的寬度逐漸增高時(shí)，大氣電場(chǎng)的畸變系數(shù)隨之逐漸減小，在建筑物的頂端等勢(shì)線越密集的地方，造成的畸變效應(yīng)越顯著，電場(chǎng)值的大小，等于該位置處的電勢(shì)的梯度。距離地面越高處的等勢(shì)線，就越平行于地面。

表2建筑物不同寬度下的大氣電場(chǎng)畸變系數(shù)

表2統(tǒng)計(jì)出了建筑寬度取值范圍在5m-33m之間時(shí)的大氣電場(chǎng)畸變系數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，可以看出在不同建筑物寬度取值下，大氣電場(chǎng)畸變系數(shù)均大于1，進(jìn)一步說(shuō)明了建筑物寬度取值均會(huì)對(duì)大氣電場(chǎng)造成一定的畸變效應(yīng)。其中，還可以看出，大氣電場(chǎng)畸變系數(shù)與建筑物寬度之間存在一定的負(fù)相關(guān)性關(guān)系，即建筑物越寬，大氣電場(chǎng)畸變系數(shù)值就越小。對(duì)表2中計(jì)算出的畸變系數(shù)結(jié)果，進(jìn)行曲線擬合，擬合結(jié)果如圖6所示，從圖中可以看出，大氣電場(chǎng)畸變系數(shù)與建筑物的寬度之間為非線性的關(guān)系，呈現(xiàn)出了二次曲線的關(guān)系，擬合出的二元曲線方程為y＝0.0007*x²-0.1030*x+6.4071，方程中的x為建筑物的寬度，y為大氣電場(chǎng)畸變系數(shù)，可以看大氣電場(chǎng)畸變系數(shù)隨著x取值的增加呈現(xiàn)非線性遞減的變化趨勢(shì)。且在建筑物寬度為5m-7m之間，隨著建筑物寬度的增加，大氣電場(chǎng)畸變系數(shù)呈顯著性的遞減趨勢(shì)，從建筑物的寬度增加至7m之后，隨著建筑物寬度的繼續(xù)增加，大氣電場(chǎng)畸變系數(shù)遞減的幅度較小。此外，如果想要求出本文研究寬度范圍(5m-33m)之外的大氣電場(chǎng)畸變系數(shù)值時(shí)，只要將建筑物寬度值帶入上述擬合出來(lái)的二元曲線方程即可。

本發(fā)明繼續(xù)研究在建筑物尺寸一定時(shí)，研究大氣電場(chǎng)儀安裝位置距離建筑物不同距離處時(shí)的大氣電場(chǎng)的畸變效應(yīng)。所選取的建筑物的高度為35m，寬度為20m。大氣電場(chǎng)儀安裝在地面上，電場(chǎng)儀的高度取值為0.5m，寬度取值為0.08m，然后分別選取大氣電場(chǎng)儀安裝位置與建筑物之間的距離分別取值為2m,4m,8m,16m這四種情況，空間模擬域的尺寸均為300m×100m。圖7(a)、(b)、(c)、(d)為大氣電場(chǎng)儀安裝位于距離建筑物建分別取值2m、4m、8m、16m時(shí)對(duì)大氣電場(chǎng)畸變效應(yīng)模擬結(jié)果，從圖中可以看出，當(dāng)大氣電場(chǎng)儀安裝的位置周?chē)薪ㄖ锎嬖跁r(shí)，建筑物會(huì)對(duì)電場(chǎng)儀形成一種屏蔽的作用，計(jì)算出的大氣電場(chǎng)儀安裝在建筑物附近時(shí)的電場(chǎng)儀頂端的大氣電場(chǎng)畸變系數(shù)均小于1，這主要是由于建筑物的屏蔽作用引起的，由于屏蔽作用的影響，從而使得大氣電場(chǎng)儀的實(shí)測(cè)測(cè)量值偏小。當(dāng)?shù)孛骐妶?chǎng)儀安裝位置距離建筑物的距離取值為2m時(shí)，求出的電場(chǎng)儀頂端的大氣電場(chǎng)畸變系數(shù)為0.0450；當(dāng)?shù)孛骐妶?chǎng)儀安裝位置距離建筑物的距離取值為4m時(shí)，求出的電場(chǎng)儀頂端的大氣電場(chǎng)畸變系數(shù)為0.1794；當(dāng)?shù)孛骐妶?chǎng)儀安裝位置距離建筑物的距離取值為8m時(shí)，求出的電場(chǎng)儀頂端的大氣電場(chǎng)畸變系數(shù)為0.4204；當(dāng)?shù)孛骐妶?chǎng)儀安裝位置距離建筑物的距離取值為16m時(shí)，求出的電場(chǎng)儀頂端的大氣電場(chǎng)畸變系數(shù)為0.8282。

表3電場(chǎng)儀距離建筑物不同距離處時(shí)的大氣電場(chǎng)畸變系數(shù)

表3統(tǒng)計(jì)出了地面電場(chǎng)儀安裝位置與建筑物之間水平距離取值范圍在2m-16m之間時(shí)的電場(chǎng)儀頂端處的大氣電場(chǎng)畸變系數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，可以看出在距離建筑物不同的位置處，計(jì)算出的地面大氣電場(chǎng)儀頂端出的大氣電場(chǎng)畸變系數(shù)均小于1，通常情況下，電場(chǎng)儀安裝位置周?chē)鸁o(wú)其它建筑物時(shí)，計(jì)算出的電場(chǎng)儀頂端的畸變系數(shù)為1，從表格中的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以進(jìn)一步說(shuō)明了，建筑物會(huì)對(duì)安裝在其周?chē)碾妶?chǎng)儀形成一種屏蔽作用，從而使得電場(chǎng)儀的實(shí)測(cè)測(cè)量值存在很大的誤差，在越靠近建筑物的地方，大氣電場(chǎng)畸變系數(shù)值就越小，越遠(yuǎn)離建筑物的地方，畸變系數(shù)值就越大，主要是建筑物對(duì)較遠(yuǎn)處的屏蔽效應(yīng)較小。

對(duì)表3中計(jì)算出的畸變系數(shù)結(jié)果，進(jìn)行曲線擬合，擬合結(jié)果如圖8所示，圖8為地面電場(chǎng)儀安裝位置與建筑物之間不同距離下的畸變系數(shù)以及線性擬合結(jié)果，從圖中可以看出，地面電場(chǎng)儀距離建筑物的水平距離與電場(chǎng)儀頂端的大氣電場(chǎng)畸變系數(shù)之間存在正相關(guān)性的關(guān)系，即電場(chǎng)儀距離建筑物越遠(yuǎn)時(shí)，畸變系數(shù)值就越大?？梢钥闯龅孛骐妶?chǎng)儀距離建筑物的水平距離與電場(chǎng)儀頂端的大氣電場(chǎng)畸變系數(shù)之間為線性關(guān)系，擬合出的一元直線方程為y＝0.0559*x-0.0397，方程中的x為地面電場(chǎng)儀與建筑物之間的水平距離，y為電場(chǎng)儀頂端大氣電場(chǎng)畸變系數(shù)，從方程可以直觀地看出，大氣電場(chǎng)畸變系數(shù)隨著x取值的增加呈現(xiàn)線性遞增的變化趨勢(shì)。此外，如果想要求出本文研究寬度范圍(2m-16m)之外的大氣電場(chǎng)畸變系數(shù)值時(shí)，只要將地面電場(chǎng)儀與建筑物之間的水平距離值帶入上述擬合出來(lái)的一元直線方程即可。

多個(gè)建筑物對(duì)大氣電場(chǎng)畸變效應(yīng),當(dāng)?shù)孛骐妶?chǎng)儀周?chē)袃蓚€(gè)或者多個(gè)建筑物存在時(shí)，多個(gè)建筑物必然會(huì)對(duì)電場(chǎng)儀的造成一種屏蔽作用，因此有必要研究多個(gè)建筑物對(duì)地面大氣電場(chǎng)的畸變效應(yīng)。本發(fā)明選取的空間模擬域的尺寸均為300m×100m，且模擬區(qū)域內(nèi)任然無(wú)其它自由電荷。大氣電場(chǎng)儀安裝在水平地面上，且在電場(chǎng)儀兩側(cè)各有一棟建筑物樓層，分別模擬了4組不同樓層高度下的大氣電場(chǎng)畸變效應(yīng)。第一組情況為：地面電場(chǎng)儀左邊的建筑物高度為35m,建筑物寬度為10m,建筑物距離電場(chǎng)儀水平距離為25m,地面電場(chǎng)儀右邊的建筑物高度為45m,建筑物寬度為10m,建筑物距離電場(chǎng)儀水平距離為20m。第二組情況為：地面電場(chǎng)儀左邊的建筑物尺寸同第一組設(shè)定的情況,地面電場(chǎng)儀右邊的建筑物高度為70m,建筑物寬度為10m,建筑物距離電場(chǎng)儀水平距離為20m。第三組情況為：地面電場(chǎng)儀左邊的建筑物尺寸同第一組設(shè)定的情況,地面電場(chǎng)儀右邊的建筑物高度為45m,建筑物寬度為6m,建筑物距離電場(chǎng)儀水平距離為22m。第四組情況為：地面電場(chǎng)儀左邊的建筑物尺寸同第一組設(shè)定的情況,地面電場(chǎng)儀右邊的建筑物高度為70m,建筑物寬度為6m,建筑物距離電場(chǎng)儀水平距離為22m。

圖9(a)、(b)、(c)、(d)為大氣電場(chǎng)儀安裝在不同尺寸下的兩個(gè)建筑物建之間時(shí)大氣電場(chǎng)畸變效應(yīng)模擬結(jié)果，從圖中可以看出，不同的建筑物尺寸對(duì)大氣電場(chǎng)畸變的效應(yīng)是不相同，但總體來(lái)說(shuō)，等值線越密集的地方，建筑物對(duì)大氣電場(chǎng)造成的畸變效應(yīng)就越顯著，在垂直距離遠(yuǎn)離建筑的地方越遠(yuǎn)處的大氣電場(chǎng)等勢(shì)線就越平行于地面。對(duì)于第一種情況，我們運(yùn)用matlab軟件計(jì)算出的對(duì)安裝在這兩種尺寸建筑物之間的電場(chǎng)儀頂端的畸變系數(shù)值為0.8303，畸變系數(shù)小于1，主要是由于建筑物的屏蔽效應(yīng)造成的；第二組情況，只改變了右側(cè)建筑物的高度，計(jì)算出的電場(chǎng)儀頂端的大氣電場(chǎng)畸變系數(shù)值也為0.8303，這說(shuō)明了在左側(cè)建筑物尺寸不變的情況下，只改變右側(cè)建筑物的高度，計(jì)算出的電場(chǎng)畸變值是相同的，這可能主要是由于電場(chǎng)儀距離左側(cè)建筑物較近，電場(chǎng)儀處于左側(cè)建筑物的屏蔽范圍之內(nèi)；對(duì)于第三組情況，計(jì)算的電場(chǎng)儀頂端處的電場(chǎng)畸變系數(shù)為0.8644，這個(gè)畸變結(jié)果要大于第一、二組的情況，主要是第三組實(shí)驗(yàn)縮小了右側(cè)建筑物的寬度，越窄的建筑物對(duì)大氣電場(chǎng)造成的畸變效應(yīng)越顯著；第四組情況下計(jì)算出的電場(chǎng)儀頂端處的電場(chǎng)畸變系數(shù)也為0.8644。

本發(fā)明繼續(xù)研究了當(dāng)大氣電場(chǎng)儀安裝在不規(guī)則建筑旁邊時(shí)建筑物對(duì)大氣電場(chǎng)畸變效應(yīng)的影響，以及對(duì)地面電場(chǎng)儀的屏蔽效應(yīng)。圖10(a)、(b)為大氣電場(chǎng)儀安裝在不規(guī)則建筑物旁邊時(shí)大氣電場(chǎng)畸變效應(yīng)模擬結(jié)果，從圖中可以看出，在建筑物越尖端處大氣電場(chǎng)畸變效應(yīng)越顯著，圖中模擬了兩種復(fù)雜建筑物情況，計(jì)算出的復(fù)雜建筑物對(duì)地面大氣電場(chǎng)儀的畸變系數(shù)分別為0.4611,0.4453。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書(shū)中描述的只是說(shuō)明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書(shū)及其等效物界定。