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“闪电活动监测应用及研究”项目获海南省科技进步三等奖

时间:2020-10-12 10:34 来源:中国气象网  作者:转载 点击次数:
 

雷电灾害是一种气象灾害。因直接雷击而导致的人员或动物伤亡、火灾,因雷电波入侵、雷击电磁脉冲干扰而导致的电力系统、通信系统、雷达天线及其他电子信息系统故障或失效而产生直接经济损失或间接经济损失的现象统称为雷电灾害。
 

雷电

雷电灾害作为自然界中影响人类活动的最重要灾害之一,已经被联合国列为“最严重的十种自然灾害之一”。雷电灾害的损失包括直接的人员伤亡和经济损失,以及由此带来的衍生经济损失和不良社会影响。

2020年9月上旬,海南省气象灾害防御技术中心科研项目“海南岛闪电活动监测应用及研究”获得海南省科学技术进步三等奖。研究团队研发闪电实时监视系统和闪电数据处理系统,实现了快速显示闪电发生实况、查询闪电数据和闪电参数分析等功能;研发了雷达基数据处理系统,该系统为闪电实时监视系统增加了雷达基数据后台处理功能,实现雷达回波与闪电叠加的实时快速、高分辨率显示功能,雷达基数据处理系统具备批量处理和分析雷达数据功能,为研究雷达回波的参数和分布特征提供了技术手段。

雷电监测预警指利用闪电定位、雷达、卫星、地面电场和探空等观测资料,通过多资料融合应用、统计分析、临近外推及数值预报等技术手段对有可能发生或已经发生闪电的区域进行识别、跟踪和预报预警。广东省气象局基于雷电监测预警系统,对广州塔、广州石化等雷电敏感重点场所开展了雷电活动实时监控及雷电临近分级预警,有效防范和降低了雷电威胁。

 

雷电监测手段

雷电监测定位技术是通过对闪电辐射的声、光、电磁场(包括了无线电测向技术)信息的测量,进而确定闪电放电的空间位置和放电参数。短暂的闪电放电辐射出了自基低频(very lowfrequency,VLF)至特高频(ultra high frequency,UHF)很宽频带的电磁脉冲,频率范围从极低频到特高频,其中以VLF/LF(1ow frequency,低频)辐射为最 强。

闪电电磁脉冲辐射场探测手段在地基闪电定位技术上应用最为广泛。低频段一般采用磁定向法(magnetic direction finder,MDF)、时差法(time of arrival,TOA)以及磁定向和时间差联合法;甚高频段一般采用窄带干涉仪定位法(interferometer,ITF)或者时差法从探测站点布设方式上可分为单站定位和多点联合定位。

实时观测资料是主要的决策依据,如雷达、卫星、闪电定位仪、大气电场仪等。美国空军第45天气中队总结出的以雷达为工具的雷电临近预报经验规则,主要用到了最大回波强度及其出现高度、强回波体积、顶高等参数,对单体雷暴、砧状云、碎云等的云闪、地闪的预报提供了不同的规则,特别是选用了云顶高度参数作为预报因子,并在1996年亚特兰大奥运会的气象保障预警业务中得到应用。不同地区的雷暴活动特征是不一样的。

利用单站的电场观测难以估计雷暴云的位置,其预警区域和提前预警时间是非常有限的,并且存在一些不确定性另外,由于地面大气电场测量受安装环境的影响较大,尤其是在城市地区,很难找到理想的安装条件。因此,不同站点采用的平均电场预警指标是不一样的,需要进行场地校正或根据长期观测寻找经验判据。

对于过境的雷暴,由于电场仪的有效响应范围有限,能够提前预警的时间受很大限制(当然,组网观测或其他观测,如雷达、卫星、闪电定位等)。而对于电场仪观测网区域内新生的雷暴云,理论上地面电场观测能够达到很好的预警效果(采用电场平均变化趋势作为预警指标),这还需要用实际观测进行检验。

闪电定位又称雷电监测定位,是指利用闪电回击辐射的声、光、电磁场特性来遥测闪电回击放电参数的一种监测雷电发生的自动化的气象探测设备,它可检测雷电发生的时间、位置、强度、极性等。人们一直在致力于闪电探测设各与雷暴灾害早期检侧、预报技术和方法的研究。雷电是发生在大气对流层中的放电现象,主要在有雷雨云的情况下出现,其中火花放电形成的闪电,一般分为地闪(即云一地之间的放电)和云闪(即云内或云块之间的放电)。

闪电和雷暴是一种危险的天气理象,森林、发电站、建筑、设备等一旦遭到雷击,就会造成很大的损害。闪电、雷击还会影响导 弹、火箭的发射与运行,使飞机的无线电通信和电子设备受到干扰、雷电对航空兵作战、训练、飞行安全和军事行动有重要影响,严重的还可能使飞机遭受雷击而坠毁。

测定闪电的电磁场辐射并不困难,任何一台简易的收音机都可以在闪电时,在任何一个波段收听到对正常广播内咔嚓咔嚓的噪音干扰,关键是如何确定来自远处闪击电磁场辐射源的确切位置,确定的方法基本有两种一种是利用一对成正交的磁场线圈,测定闪电所在的正确方位,称做方位测定法另一种方法是测定闪电的电磁波从落地点传播到探头所需要的时间,称做时间到达法。

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