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1. 研究目的与意义及国内外研究现状

雷电在大自然界中是一种普遍放电现象，地球上每时每刻都会有雷电的发生。雷电一旦发生，都会伴随有高温的冲击波和大电流，还有强烈的电磁辐射等效应。随着社会的进步，电子信息技术得到了空前的发展，相应的对电子通讯系统的防护也越发引起重视。对雷电电磁场在地表的传输，进行相关的计算研究分析，为减少通讯等精密设备受闪电辐射的电磁波干扰提供理论基础，研究不同土壤类型及湿度对雷电电磁脉冲的空间传播特性的影响，在雷电灾害风险评估、防雷设计工程、闪电定位等方面都具有重要的现实意义和工程应用价值。

国内外研究现状

随着现代社会信息技术的不断发展，中国科学院和各大高校近年来着重研究雷电活动过程、闪电现象和人工引雷等课题项目，在确定雷电特性数据的研究方面取得了相应的成果,形成了相应的科研领域。国外研究雷电的工作者们对雷电流的反演计算、闪电定位方面进行了大量的研究，并取得了一定成效。

当前，分析雷电回击电磁场的计算方法主要有：直接积分法、矩量法和时域有限差分法（fdtd）。直接积分法是在空间辐射场中将单位电流源和雷电电流相乘，并沿雷电通道积分，从而得到时空中任意点的电磁场强度。这主要应用于在地面水平情况下，计算距闪电通道几十米附近雷电辐射近场，比较容易实现、计算速度快，但不能考虑地形等因素。矩量法是求将计算电磁场的积分方程转化为矩阵方程，再求矩阵方程的解，是频域求解电磁场边界值问题的有效方法，但是该算法计算速度慢，还需要大量的存储空间。fdtd算法是将麦克斯韦（maxwell）方程组先进行微分计算，得到电场和磁场的微分形式，再将其改写为差分形式，这样计算机编程就可以对差分形式的方程式进行精确迭代求解，计算时空中任意一点的电场和磁场。

2. 研究的基本内容

首先介绍雷电流模型，包括雷电流特征、雷电通道基电流双Heidler函数和四种雷电流回击模型。然后推导雷电电磁场中二维时域有限差分算法（2D-FDTD）的计算公式、Courant稳定性条件和边界条件。接着利用2D-FDTD计算不同土壤湿度对雷电电磁场的水平电场分量E_r、垂直电场分量E_z和磁场分量H_Φ的影响，分析水平电场在粘土、粉土、砂土这三种不同类型土壤中传播特性。最后分析这三种类型土壤及湿度的改变对闪电定位带来的影响。

3. 实施方案、进度安排及预期效果

在老师的指导下，首先阅读相关的文献，明确写作目标以及要达到的预期效果，其次利用matlab等计算机软件来实现数值的模拟，以图和表的形式来进一步说明论文结果的精确性，最后完成论文的初稿。

进度：第一阶段 学习毕业论文相关文件3月20日之前

第二阶段 填写任务书和开题报告3月31日之前

4. 参考文献

[1] 张源源，庞华基，徐晓亮，等. 2017. 土壤湿度对不规则起伏地表雷电垂直电场传播影响的研究 [j]. 气候与环境研究, 22 (1): 89–96.

[2] 宋昊泽.不同土地利用类型下雷电回击电磁场的分布特征研究[d].南京信息工程大学, 2018.

[3] john b.schneider, understanding the fdtd method [m]. 余文华,李文兴,张朝柱.译,清华大学出版社,2015.