論雷電預報及定位技術應用的剖析

■梁藝鵬　羅錦波（廣東省佛山市禪城區(qū)佛山市防雷設施檢測所廣東佛山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）

論雷電預報及定位技術應用的剖析

■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)應用進行了分析，并就優(yōu)化雷電定位精確預報措施的提高提出了建議和意見。

雷電定位系統(tǒng)建設技術應用

隨著人類社會經濟的發(fā)展，因雷電而引發(fā)的災害也越來越嚴重。雷電放電涉及氣象、地形、地貌、地質等許多自然因素，具有很強的隨機性。最近我國對雷電災害氣象軌道，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據統(tǒng)計分析，對雷電定位精度和探測效率都有明顯提高。

1　研究雷電預報及定位技術的作用

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

（2）加強閃電定位技術的開發(fā)和應用研究，完善閃電定位系統(tǒng)設備,開發(fā)和完善適合雷電業(yè)務的全國閃電監(jiān)測站網的綜合定位技術，是今后探測業(yè)務發(fā)展的主要任務之一。同時開展全國閃電監(jiān)測站網的性能的評估研究，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)雷電資料應用平臺，建立共享資源數據庫提供必要的基礎，使雷電資料得到廣泛應用，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系的深入研究，利用全國雷電監(jiān)測網國內進行站網觀測運行實驗，開展閃電資料應用于強對流天氣預報業(yè)務的對比分析和評估研究，通過與中尺度預報模式的耦合建立閃電預警模型，發(fā)展可用于氣象業(yè)務的預報和診斷技術尤為重要。

（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的監(jiān)測預報，使雷電造成的損失降到最低點。

2　雷電預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+中心數據處理站+用戶數據服務網絡+圖形顯示終端構成。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備。

（2）雷電定位系統(tǒng)數據的傳輸。探測儀通電后或當探頭內的時鐘運行到整點，即進行一次自檢，此過程大約需要5秒鐘，待自檢通過后，探頭開始有數據向外發(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)數據；如果時鐘運行到整點有閃電時，閃電數據將被實時發(fā)出后才開始運行自檢程序，閃電數據長度同樣為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、GPRS和CDMA等技術，考慮到探頭安裝地點通信的方便性以及數據傳輸的穩(wěn)定性。

（3）中心數據處理。中心數據處理站是接收和處理各探測子站送來的探測數據，將收到的閃電回擊數據實時進行交匯處理，給出每個閃電回擊的準確位置、強度等參數，再將此參數導人數據庫，供圖形顯示終端調用，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)的神經中樞。

（4）圖形顯示終端。由中心數據定位處理站傳來的雷電定位結果和其它探測數據，形成數據庫；以數據和基于圖形方式，將數據庫數據開放，供各類網絡用戶訪問和調用，在圖形平臺上進行雷電數據分析、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)計雷電參數等雷電信息。

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

3　應用中需要注意的關鍵環(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）天氣預報人員可以使用云地閃電數據進行大范圍天氣監(jiān)測和對流天氣短時預報。因為閃電演變特征能較好地指示對流的存在、產生、移動、消散、結構、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，運用天氣學和統(tǒng)計學方法，開展全國性或地區(qū)性雷電的預報。比如利用遠程雷電資料可以確定臺風螺旋獨特波形，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。雷電數據有助于及時發(fā)現可能導致森林火災的雷暴。應用中可利用雷電定位系統(tǒng)獲取的實時探測資料，結合自動氣象站、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，與氣象預報相結合，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、閃電總數以及這些因數的綜合指數與災害性天氣有最直接的關系。

（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，對雷電預報的要求越來越迫切，對防雷技術的要求也越來越高。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)應用，會在很大程度上減少雷電災害給人們生活生產造成的損失，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　結束語

雷電災害是最嚴重的十種自然災害之一。全球每年因雷擊造成的人員傷亡和財產損失嚴重。利用原有雷電預警潛勢預報技術方法和雷電預警系統(tǒng)，建立雷達組網、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)域范圍內雷電活動的演變規(guī)律，對雷電和災害性天氣過程的短時預報業(yè)務具有重要的實際應用價值。

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

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

S761.5[文獻碼]B

1000-405X（2016）-1-353-1