雷電定位系統(tǒng)在雷電災(zāi)害防御和監(jiān)測預(yù)警中的應(yīng)用探析

肖榮國

(信宜市氣象局，廣東 高州 525300)

在現(xiàn)代社會中，雖然經(jīng)濟(jì)、技術(shù)不斷提高，但是雷電災(zāi)害帶來的影響和損失卻沒有因此而降低，以往的相關(guān)部門，因技術(shù)限制，無法準(zhǔn)確分析雷電定位數(shù)據(jù)，人們在雷電災(zāi)害中，只能被動接受災(zāi)害侵襲。隨著新時期經(jīng)濟(jì)技術(shù)的發(fā)展，相關(guān)部門也在不斷更新、改進(jìn)雷電定位系統(tǒng)，積極建設(shè)監(jiān)測預(yù)警和處理雷電定位的相關(guān)信息系統(tǒng)。從一定程度上來說，雷電定位作為探測雷電的關(guān)鍵因素，監(jiān)測預(yù)警信息系統(tǒng)地建立有利于更準(zhǔn)確的對其進(jìn)行定位。而在雷電監(jiān)測預(yù)警和信息處理系統(tǒng)中，有效結(jié)合了雷電的信息數(shù)據(jù)，以及GPS技術(shù)，不僅能收集眾多類型的雷電信息數(shù)據(jù)，還能實時對雷電發(fā)生的變化情況進(jìn)行監(jiān)測，及時為人們提供預(yù)警信息等。

1.原理概述

1.1 雷電定位原理和閃電定位儀

目前國際上主要有磁方向探測和時差法兩類雷電定位系統(tǒng)，時差法系統(tǒng)的精度要遠(yuǎn)高于磁方向探測系統(tǒng)的精度。隨著科技技術(shù)的發(fā)展，GPS技術(shù)的誕生再次升級了時差法系統(tǒng)的性能，使得在當(dāng)前雷電定位中，時差法系統(tǒng)成為主要的應(yīng)用系統(tǒng)；并且隨著該技術(shù)的不斷升級，逐漸延伸出了復(fù)合型定位方法，結(jié)合了定向定位與時差定位。閃電定位儀是目前雷電定位系統(tǒng)中，最先進(jìn)實用的雷電活動研究手段，分析其原理，其主要是根據(jù)閃電特征，對其進(jìn)行回?fù)舴烹?，分析研究在回?fù)舴烹娤庐a(chǎn)生的參數(shù)，并以此實施對雷電的預(yù)測定位。雷電定位系統(tǒng)的應(yīng)用，不僅能有效降低雷擊造成的損害，還能在一定程度上提升尋找雷擊造成故障點的時間，確保能安全運作系統(tǒng)。一般在雷電定位系統(tǒng)中，可分為三種閃電定位方式，其一是定向法，這是基于磁方向所研制出來的閃電定位系統(tǒng)，這種定位系統(tǒng)的主要優(yōu)勢就是能管控測角誤差，最低可管控在1°以內(nèi)，在后來的技術(shù)發(fā)展中逐漸加入了其它功能，如鑒別技術(shù)與時差功能。其二是上文提過的時差法，主要優(yōu)點是可明確閃電輻射位置，隨著技術(shù)的發(fā)展，人們又在該系統(tǒng)中增添了DSP數(shù)字波形處理技術(shù)。其三，是干涉法，其主要優(yōu)勢是具有較高的精準(zhǔn)定位程度以及探測成效，在實際應(yīng)用時，不容易受地面?zhèn)鲗?dǎo)率所影響。

1.2 雷電定位監(jiān)測系統(tǒng)原理

現(xiàn)代的雷電定位監(jiān)測系統(tǒng)中，最常用的就是定位精度較高的多站法定位方式，該方式不僅能通過更多探測出的參量，彌補(bǔ)單雷電定位系統(tǒng)存在定位誤差大的問題，還能有效彌補(bǔ)雷電強(qiáng)度無法確定的問題。當(dāng)前的多站式雷電定位監(jiān)測系統(tǒng)主要依靠兩大類技術(shù)，一是通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，二是中心處理數(shù)據(jù)技術(shù)。在接收雷電信號中，通常也分為兩種，分別是甚高頻和低頻，甚高頻的主要作用是對閃電位置進(jìn)行精準(zhǔn)定位。而在閃電定位系統(tǒng)中，一般構(gòu)成部分有主站、副站（三個以上）、通信線路、位置分析等，這些組成部分結(jié)合在一起不僅能提高定位精確度，還能增加探測參量，但是這種定位系統(tǒng)的設(shè)備組成相對復(fù)雜，同時對通信網(wǎng)、中心數(shù)據(jù)處理技術(shù)等也有更高的要求。閃電定位系統(tǒng)中的主站作用通常是傳送雷電數(shù)據(jù)，其傳送需要的設(shè)備，一般是和副站共用電話網(wǎng)絡(luò)、局域網(wǎng)等。而副站的作用是測定閃電時間、方向，然后傳輸數(shù)據(jù)至位置分析器中，系統(tǒng)會通過接收的閃電方向與時間，利用時差定位等方法精準(zhǔn)定位閃電位置。

2.探析雷電定位系統(tǒng)在雷電災(zāi)害防御和監(jiān)測預(yù)警中的應(yīng)用

2.1 雷電預(yù)警預(yù)報工作應(yīng)用

在現(xiàn)代雷電的預(yù)警預(yù)報工作中，已廣泛使用雷電定位系統(tǒng)，其不僅能及時發(fā)現(xiàn)空中雷電的發(fā)生及發(fā)展，還能實時監(jiān)測雷電。通過雷電定位系統(tǒng)，不僅能對雷電發(fā)生的位置實現(xiàn)精準(zhǔn)測量，還能對閃電過程軌跡精準(zhǔn)測定，只需要借助閃電輻射時的VHF電磁場的力量就能實現(xiàn)。此外，通過雷電定位系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)，相關(guān)防雷部門還能利用觀測到的雷電演變過程、移動方向等，提前準(zhǔn)備防護(hù)措施，降低雷電帶來的災(zāi)害損失。如，防雷部門可根據(jù)雷電發(fā)展趨勢，對其所在地區(qū)的易燃易爆場所進(jìn)行提前預(yù)警，要求其作業(yè)場所停止作業(yè)，嚴(yán)格管控易燃易爆物品，及時進(jìn)行轉(zhuǎn)移等。雷電定位系統(tǒng)涉及的功能是較為廣泛的，能對測雷活動實現(xiàn)全方位掌控，深入分析，甚至還能掌握臺風(fēng)天氣等方面的數(shù)據(jù)。因此，基于雷電定位系統(tǒng)的優(yōu)勢，我國相關(guān)部門應(yīng)對其進(jìn)一步優(yōu)化與完善，確保雷電定位系統(tǒng)對雷電能進(jìn)行更有效的監(jiān)測，提高防御雷電災(zāi)害能力，進(jìn)而有效避免，或是降低雷電災(zāi)害帶來的人員傷亡、經(jīng)濟(jì)損失等。

2.2 防雷工程建設(shè)工作應(yīng)用

一般在雷電發(fā)生區(qū)域，雷電定位系統(tǒng)能對該區(qū)域內(nèi)的雷電相關(guān)指征參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確統(tǒng)計，相關(guān)參數(shù)包括雷電發(fā)生密度、雷電發(fā)生強(qiáng)度以及其發(fā)生波形等，通過這些參數(shù)，在建設(shè)防雷工程時，能有效利用該參數(shù)對設(shè)計工作開展進(jìn)行指導(dǎo)。如，可利用該數(shù)據(jù)參數(shù)，對雷電統(tǒng)計規(guī)律進(jìn)行分析，指導(dǎo)防雷工程進(jìn)行選址，避免其建設(shè)地點的雷電發(fā)生頻度大、雷電發(fā)生強(qiáng)度高，給人們帶來安全隱患。在其它建筑設(shè)施中，應(yīng)用雷電定位系統(tǒng)，還能為建筑工程提供安全和質(zhì)量保證。從另一方面來分析，在雷電活動規(guī)律及相關(guān)研究中，借助雷電定位系統(tǒng)也能提供有效的參考數(shù)據(jù)，幫助研究人員展開相關(guān)研究，進(jìn)一步實現(xiàn)防雷安全管理工作。

2.3 雷電災(zāi)害評估應(yīng)用

當(dāng)前相關(guān)部門可通過雷電定位系統(tǒng)，探測出更多有關(guān)雷電的數(shù)據(jù)信息，深入研究這部分?jǐn)?shù)據(jù)，就能針對各行業(yè)的雷電防護(hù)建設(shè)指標(biāo)體系，以此實現(xiàn)客觀科學(xué)評價防雷設(shè)計工程。同時，還可利用該系統(tǒng)的其它雷電數(shù)據(jù)探測資料，為調(diào)查鑒定雷電災(zāi)害事故提供科學(xué)有效的實施方法。通過雷電定位系統(tǒng)監(jiān)測到的雷電信息，還能提供有效方法幫助研究者研究其演變關(guān)系、破解雷電災(zāi)害等，如果雷電發(fā)生時間、位置等和災(zāi)害發(fā)生時間、地點吻合，就能充分判斷這是由雷擊造成的災(zāi)害。如果災(zāi)害現(xiàn)場超出了雷擊定位位置，則可根據(jù)雷擊產(chǎn)生的相關(guān)信息，來判斷該位置災(zāi)害是否由雷擊導(dǎo)致。

2.4 人工影響天氣作業(yè)應(yīng)用

除上述應(yīng)用外，雷電定位系統(tǒng)還能應(yīng)用于人工影響天氣作業(yè)中，如對某地區(qū)進(jìn)行人工降雨時，可通過該定位系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測、預(yù)警，確保飛機(jī)在閃電雷擊地區(qū)進(jìn)行作業(yè)時，不會被雷擊擊落，為飛機(jī)行駛提供了較高的安全保障，同時保證能順利開展人工影響天氣作業(yè)。除此之外，在分辨冰雹與雷雨天氣的差異時，也可利用雷電定位系統(tǒng)的監(jiān)測資料進(jìn)行區(qū)分，由于閃電會在實施高炮防雹作業(yè)后，嚴(yán)重降低其頻數(shù)，因此在實際應(yīng)用中，高炮防雹可通過雷電定位系統(tǒng)的應(yīng)用來檢驗應(yīng)用效果。

結(jié)語

基于以上分析，相關(guān)防雷部門在雷電災(zāi)害防御以及監(jiān)測預(yù)警中，應(yīng)用最多的就是雷電定位系統(tǒng)，其作為目前最先進(jìn)新型的技術(shù)設(shè)備，在防御雷電災(zāi)害、監(jiān)測預(yù)警雷電災(zāi)害中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。鑒于目前電子信息技術(shù)發(fā)展，電子通信設(shè)備應(yīng)用越來越廣泛，雷電災(zāi)害作為能對電子通信設(shè)備帶來極大影響的因素之一，實施有效防御具有重要的現(xiàn)實意義。雷電定位系統(tǒng)的應(yīng)用，不僅能有效降低雷電對電子通信設(shè)備帶來的危害，還能有效減少雷電帶來的設(shè)備故障等問題。因此，有關(guān)部門必須充分認(rèn)識到雷電定位系統(tǒng)能帶來的優(yōu)勢，深入剖析其原理，不斷優(yōu)化和完善該技術(shù)，以期雷電定位系統(tǒng)能更好地為人民服務(wù)，減少雷電災(zāi)害帶來的人員傷亡、經(jīng)濟(jì)損失等，穩(wěn)定社會發(fā)展，提高社會經(jīng)濟(jì)增長。