■梁藝鵬　羅錦波（廣東省佛山市禪城區(qū)佛山市防雷設(shè)施檢測所廣東佛山58000;廣東省佛山市禪城區(qū)佛山市雷安防雷工程有限公司廣東佛山58000）

論雷電預(yù)報及定位技術(shù)應(yīng)用的剖析

■梁藝鵬1羅錦波2
（1廣東省佛山市禪城區(qū)佛山市防雷設(shè)施檢測所廣東佛山528000;2廣東省佛山市禪城區(qū)佛山市雷安防雷工程有限公司廣東佛山528000）

本文對雷電定位系統(tǒng)應(yīng)用進行了分析，并就優(yōu)化雷電定位精確預(yù)報措施的提高提出了建議和意見。

雷電定位系統(tǒng)建設(shè)技術(shù)應(yīng)用

隨著人類社會經(jīng)濟的發(fā)展，因雷電而引發(fā)的災(zāi)害也越來越嚴重。雷電放電涉及氣象、地形、地貌、地質(zhì)等許多自然因素，具有很強的隨機性。最近我國對雷電災(zāi)害氣象軌道，特別是雷電定位系統(tǒng)的建立，并通過對系統(tǒng)的運行進行長期觀察和數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，對雷電定位精度和探測效率都有明顯提高。

1　研究雷電預(yù)報及定位技術(shù)的作用

（1）雷電預(yù)報及定位作為國家公眾氣象預(yù)報和災(zāi)害性天氣警報的內(nèi)容之一，提高雷電監(jiān)測準確性和預(yù)警預(yù)報服務(wù)的水平，將關(guān)系到全社會經(jīng)濟的發(fā)展和各行業(yè)和人民生活的安全。

（2）加強閃電定位技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用研究，完善閃電定位系統(tǒng)設(shè)備,開發(fā)和完善適合雷電業(yè)務(wù)的全國閃電監(jiān)測站網(wǎng)的綜合定位技術(shù)，是今后探測業(yè)務(wù)發(fā)展的主要任務(wù)之一。同時開展全國閃電監(jiān)測站網(wǎng)的性能的評估研究，并不斷改進閃電探測系統(tǒng)的定位精度和探測效率，為開發(fā)雷電資料應(yīng)用平臺，建立共享資源數(shù)據(jù)庫提供必要的基礎(chǔ)，使雷電資料得到廣泛應(yīng)用，最大限度地發(fā)揮雷電探測系統(tǒng)的效益。

（3）通過閃電特征與天氣過程關(guān)系的深入研究，利用全國雷電監(jiān)測網(wǎng)國內(nèi)進行站網(wǎng)觀測運行實驗，開展閃電資料應(yīng)用于強對流天氣預(yù)報業(yè)務(wù)的對比分析和評估研究，通過與中尺度預(yù)報模式的耦合建立閃電預(yù)警模型，發(fā)展可用于氣象業(yè)務(wù)的預(yù)報和診斷技術(shù)尤為重要。

（4）雷電監(jiān)測定位系統(tǒng)在雷電的研究、監(jiān)測及防護領(lǐng)域中處于極其核心的位置。通過實時監(jiān)測雷暴的發(fā)生、發(fā)展、成災(zāi)情況和移動方向及其它活動特性，對一些重點目標給出類似于臺風(fēng)的監(jiān)測預(yù)報，使雷電造成的損失降到最低點。

2　雷電預(yù)報及定位的原理分析

（1）雷電定位原理。地基雷電定位系統(tǒng)都是測定雷電的電磁輻射脈沖。雷電監(jiān)測定位系統(tǒng)由雷電探測儀+中心數(shù)據(jù)處理站+用戶數(shù)據(jù)服務(wù)網(wǎng)絡(luò)+圖形顯示終端構(gòu)成。由布置在不同地理位置上的兩臺以上的雷電探測儀可以實施探測。國際上應(yīng)用的雷電定位系統(tǒng)主要是磁方向探測系統(tǒng)和時差法系統(tǒng)，后者的定位精度遠遠高于前者，而且目前時差法所依賴的精密時鐘技術(shù)因為GPS的使用而得到了解決，目前時差法系統(tǒng)將成為主流的雷電定位探測設(shè)備。

（2）雷電定位系統(tǒng)數(shù)據(jù)的傳輸。探測儀通電后或當探頭內(nèi)的時鐘運行到整點，即進行一次自檢，此過程大約需要5秒鐘，待自檢通過后，探頭開始有數(shù)據(jù)向外發(fā)送。在無閃電情況下探頭每三十秒鐘發(fā)出一個長度為35字節(jié)的狀態(tài)數(shù)據(jù)；如果時鐘運行到整點有閃電時，閃電數(shù)據(jù)將被實時發(fā)出后才開始運行自檢程序，閃電數(shù)據(jù)長度同樣為35字節(jié)。目前使用較多的、較為成熟的通信傳輸方式有微波、光纖、衛(wèi)星通信、廣域網(wǎng)、GPRS和CDMA等技術(shù)，考慮到探頭安裝地點通信的方便性以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。

（3）中心數(shù)據(jù)處理。中心數(shù)據(jù)處理站是接收和處理各探測子站送來的探測數(shù)據(jù)，將收到的閃電回擊數(shù)據(jù)實時進行交匯處理，給出每個閃電回擊的準確位置、強度等參數(shù)，再將此參數(shù)導(dǎo)人數(shù)據(jù)庫，供圖形顯示終端調(diào)用，控制和管理各探測儀的工作狀況，也是雷電監(jiān)測定位系統(tǒng)的神經(jīng)中樞。

（4）圖形顯示終端。由中心數(shù)據(jù)定位處理站傳來的雷電定位結(jié)果和其它探測數(shù)據(jù)，形成數(shù)據(jù)庫；以數(shù)據(jù)和基于圖形方式，將數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)開放，供各類網(wǎng)絡(luò)用戶訪問和調(diào)用，在圖形平臺上進行雷電數(shù)據(jù)分析、統(tǒng)計。圖形顯示終端實時接收雷電信息，在電子地圖上顯示雷擊位置、統(tǒng)計雷電參數(shù)等雷電信息。

（5）系統(tǒng)的運行管理。雷電監(jiān)測定位網(wǎng)建成后，主要為氣象預(yù)報、專業(yè)服務(wù)、人工影響天氣和防雷工程設(shè)計規(guī)劃等服務(wù)，并可為其它行業(yè)和用戶服務(wù)，進行全天候雷電監(jiān)測，納入氣象基本業(yè)務(wù)管理，設(shè)備運行管理由氣象部門負責(zé)，防雷中心負責(zé)雷電活動的監(jiān)測預(yù)警，大氣探測技術(shù)中心負責(zé)系統(tǒng)的技術(shù)保障工作。

3　應(yīng)用中需要注意的關(guān)鍵環(huán)節(jié)

（1）多站交匯誤差要比兩站交匯誤差小，因此多站布置可以提高雷電定位精度，同時可以擴大探測范圍。從交匯原理的合理性通常希望把探頭布置成三角形，正四邊形等更為有利，然而站的數(shù)量，站址的布置，站間的距離等的選取要從系統(tǒng)雷電的定位精度要求，覆蓋面積，場站的通訊條件以及場址背景條件等諸多因素綜合分析決定。場地環(huán)境也是非常重要的，經(jīng)過測試如果背景噪聲很大也不宜用作站點，否則探頭將不能正常運行，對于雷電定位將帶來較大誤差。站與站間的站距通常選為150公里至180公里為宜，平原地區(qū)可以適當拉開一些，山區(qū)可以適當縮短一些。

（2）天氣預(yù)報人員可以使用云地閃電數(shù)據(jù)進行大范圍天氣監(jiān)測和對流天氣短時預(yù)報。因為閃電演變特征能較好地指示對流的存在、產(chǎn)生、移動、消散、結(jié)構(gòu)、范圍、強度和在發(fā)展等重要信息。為人們和專業(yè)用戶提供臨近雷電監(jiān)測資料，運用天氣學(xué)和統(tǒng)計學(xué)方法，開展全國性或地區(qū)性雷電的預(yù)報。比如利用遠程雷電資料可以確定臺風(fēng)螺旋獨特波形，可利用正交環(huán)天線接收輻射磁場分量和云系的位置和移動方向。雷電數(shù)據(jù)有助于及時發(fā)現(xiàn)可能導(dǎo)致森林火災(zāi)的雷暴。應(yīng)用中可利用雷電定位系統(tǒng)獲取的實時探測資料，結(jié)合自動氣象站、探空雷達、新一代天氣雷達、衛(wèi)星云圖、地面大氣電場儀和地面加密觀測資料，獲取全面的雷電監(jiān)測資料，與氣象預(yù)報相結(jié)合，實時監(jiān)測雷電活動的路徑、方向和演變趨勢，觀測資料表明，云地閃的總數(shù)、閃電總數(shù)以及這些因數(shù)的綜合指數(shù)與災(zāi)害性天氣有最直接的關(guān)系。

（3）雷電定位探測信息，比天氣雷達探測回波信息可提前半小時，對各種強天氣過程有很好的指示作用。隨著人們對防雷意識的不斷提高，對雷電預(yù)報的要求越來越迫切，對防雷技術(shù)的要求也越來越高。氣象部門具備對雷電的監(jiān)測、防護和研究的優(yōu)勢，雷電監(jiān)測資料的開發(fā)應(yīng)用，會在很大程度上減少雷電災(zāi)害給人們生活生產(chǎn)造成的損失，也會對我國雷電探測和防護的規(guī)范化管理及其健康發(fā)展起到積極的作用。

4　結(jié)束語

雷電災(zāi)害是最嚴重的十種自然災(zāi)害之一。全球每年因雷擊造成的人員傷亡和財產(chǎn)損失嚴重。利用原有雷電預(yù)警潛勢預(yù)報技術(shù)方法和雷電預(yù)警系統(tǒng)，建立雷達組網(wǎng)、衛(wèi)星，以及閃電定位等的綜合觀測的獲取環(huán)境，深入研究和揭示全國不同區(qū)域范圍內(nèi)雷電活動的演變規(guī)律，對雷電和災(zāi)害性天氣過程的短時預(yù)報業(yè)務(wù)具有重要的實際應(yīng)用價值。

[1]孫凌;珺周筠;郭在華;;湖南雷暴天氣中地閃活動的預(yù)報研究[J];成都信息工程學(xué)院學(xué)報;2010年02期.

[2]李博;重慶雷電時空分布特征及雷災(zāi)研究[D];南京信息工程大學(xué);2011年.

S761.5[文獻碼]B

1000-405X（2016）-1-353-1