城市雷电预警预报技术.pdf

城市雷电预警预报技术* 孟 青 吕伟涛 张义军 中国气象科学研究院 北京 100081 摘 要 本文论述了针对城市雷电预警预报的技术方法 主要以大气电场测量为基础 利用地面电场仪的组网 观测 实现自动 连续 实时监测雷雨云中强雷电活动中心在地面产生的电场强度 极性以闪电数等 提 供监测范围内雷暴强电荷活动中心的发生发展演变特征和整个雷暴过程中雷电活动位置和发展信息 同时 结合闪电定位系统的观测 为雷电的监测和预报提供更全面的信息 雷电作为世界十大自然灾害之一对城 市安全的威胁越来越大 城市雷电灾害的监测 预警预报和服务产品 对由雷电引起的各种城市重大灾害 监测预警具有重要意义 也是城市雷电灾害防御系统发展的根本所在 关键词 城市雷电 大气电场 预警预报 1 1 引言 雷电是发生于大气中的一种瞬态大电流 高电压 强电磁辐射的天气现象 雷电常常 引起重大的灾害事故 伴随微电子器件和信息技术的广泛应用 城市中的雷电灾害发展的越 来越严重 面对闪电灾害服务的强烈社会需求 发展城市雷电灾害的监测 预警预报和服务 产品 是城市雷电灾害防御的重要组成部分 也是雷电监测站网发展所面临的难点 利用多 站大气电场测量进行联网监测地面电场 提供监测区域内地面电场的分布以及雷暴空间电荷 的分布和移动路径 为雷电的监测和预报提供重要的信息 同时结合雷电定位系统的观测 使雷电和雷暴预警的专项服务成为可能 2 2 雷电监测设备 雷电的监测设备从对雷电测量的特征观测上可以划分为两大类 雷电定位探测设备和大 气电场探测设备 目前国际和国内采用的雷电预警和预报技术 大都利用了这两类设备 2.1雷电定位设备 目前在我国部分地区和区域使用的雷电监测系统 以及在美国等国家运行的国家雷电 监测网NLDN National Lightning Detection Network [1] 是采用的多站雷电定位探测设备 一般可以提供闪电放电的发生时间地点分布以及地闪回击的电磁场强度 电流幅度 电流波 * 本工作为国家科技攻关奥运科技专项 编号2003BA904B10资助项目 [2] 形的上升和衰减时间 电流陡度 电荷 能量 等各种雷电特征信息 用于局地使用的单 站闪电定位设备也能够提供各种地闪回击发生的信息 这些雷电探测数据的利用在很大程度 上改善了人们对雷电灾害的防御能力 2.2 大气电场仪 大气电场强度是大气电学的基本参数 在晴天电学 雷暴电学以及闪电的研究中 都有 重要意义 在雷暴和闪电监测中具有重要作用[23] 大气电场仪可以测量地面大气电场的大 小及极性 可对对流云的起电过程进行连续监测 因此既能够记录闪电发生前雷暴中的电活 动 又可记录雷暴中发生的闪电 包括云闪和地闪 从组成结构上大气电场仪既可单独使用 记录局地雷电情况 又可用于联网监测空中电结构 其主要性能如表 1 所示 地面电场网络 监测系统 能够提供监测区域内电场等值线分布 可直观地看出监测区域电场强度的分布及 雷暴的移动路径[45] 表1 大气电场仪主要性能指标 性能名称 指标要求 探测距离 0-20km 电场测量范围 低档 ±5kV/m 分辨率 ±5V/m 测量误差 5% 响应时间 50ms 模拟输出电压 ± 10V 记