北京地区大气电场的特征及在雷电预警中应用.pdfVIP

1 北京地区大气电场的特征及在雷电预警中的应用 丁德平，甘璐，邓长菊，韩超，谢庄 （北京市气象科技服务中心，北京，100089） 摘要：利用北京市气象局4 个大气电场仪2009年春季、夏季和秋季的监测资料，分析了本地区大气电场各 季节日变化、晴天和雷暴天气下的变化特征，分析结果表明：北京地区全年大气电场具有“双峰双谷”的 日变化特征，峰值出现在 07～09 时和 20～23 时，谷值出现在 04～06 时和 15～17 时，全年大气电 场的平均值为 0.31 kV/m；全年晴天大气电场的日变化规律要比年平均更为明显，其电场值要比全年日平 均值大 40%左右；雷电的发生与电场仪的快变抖动之间存在着很好的对应关系。根据大气电场的变化特征 和所对应的雷暴过程研制出新的三级雷电警报阈值分别为 2.84 kV/m、5.58kV/m、8.29kV/m，并对警报阈 值进行可靠性检验，即将研制的三级警报阈值的准确率和电场仪默认的警报阈值的准确率进行比较分析； 分析结果指出，夏季三级警报阈值的准确率分别为 67.4%、78.4%和 90.6%，各季节一级警报阈值的准确率 提高了约 25%，研究警报新阈值对提高本地雷电预警的准确率有重要意义。最后，结合闪电定位资料和北 京城八区局地电场监测网分析了 2009 年 6 月 16 日一次雷云经过本市的放电过程，为更好地将大气电场资 料应用在雷电短时临近预警作了很好的尝试。 关键词：大气电场；变化特征；雷电预警；警报阈值 1 引言 雷电是强对流天气发生时雷暴云的一种剧烈的放电现象，雷电发生时往往伴随短时雷雨 大风，甚至冰雹和龙卷风。雷电灾害是联合国“国际减灾十年”公布的最严重的10种自然灾 [1] 害之一，具有大电流、高电压、强电磁辐射特征的闪电对人类社会的威胁性在日益加大 。 如何做好雷电灾害的监测和预报预警服务，提高人们对雷电灾害的防御能力是气象部门所面 临的难点和挑战。由于强对流天气的发生发展具有突发性和局地性使得预报准确率并不理 想，因此对于雷电的预警更多地借助于监测手段的结合。国外一些国家早已建立雷电探测网， 如美国的国家雷电监测网( NLDN: National Lightning Detection Network)综合了多种探 测仪器来捕捉雷电信息，对雷电的监测取得了较好的成果[2]。雷电的监测手段分为间接监测 和直接监测，大气电场仪是间接监测手段之一，也是目前唯一针对云体内电荷量（大气电场 场强）进行监测的系统。当雷云中电荷累积,在地面附近就会有相应的感应电场,大气电场仪 通过测量大气电场的强度和极性的连续变化实时地监测云层的带电状况，并对可能造成雷击 1 北京市科委科技工作基础专项市区两级政府重大科技需求项目(Z090506016609001)，北京市气象局预报与服务业务平台建 设创新团队和业务发展基金项目（BMBYWFZ2011004）共同资助 作者简介：丁德平，女，1963 年生，正研级高工，从事专业气象服务。Email:zytddp@ 1 危险的大气电场变化加以识别和预警。大气电场资料在雷电的监测和预警方面发挥了重要的 作用，深入了解大气电场的变化特征对于本地雷电的认识以及雷电警报阈值的确定至关重 [3-5] [6] 要。国外相关文献 对大气电场的季节性日变化特征有相应研究。张义军等 指出大气电 场的周期变化受全球性普遍变化机制和地方性局地变化机制共同影响。徐斌等[7]指出局地气 象条件是影响大气电场季节性日变化的重要因素。由于大气电场的变化容易受其它因素的影 响，在雷电预警方面往往结合其他资料来提高预警的准确率。相关文献[8-12]将大气电场数据 和雷达数据两种资料的融合来提高雷电的监测和预警能力。吴健等[13]通过引入闪电定位资料 来排除小团带电云层对电场仪干扰而引起的空报。值得注意的是，闪电定位系统对于尚未发 生雷电的云没有任何监测结果响应，也无法探测到闪电形成前云中电活动的演变过程。一般 地，利用多站大气电场数据组成整个区域内对雷暴和雷电活动的综合监测网，可以提供监测 区域内地面电场的分布以及雷暴空间电荷的