1、论现代雷电监测防护预警体系的应用及意义摘要：通过对雷电监测预警及防雷措施的研究，进一步强化了对现代雷电防护的重要性、迫切性和复杂性的认识，达到人类对雷灾防御的综合能力提高。 关键词：雷电监测预警方法防护措施 中图分类号： S761.5 文献标识码： A 文章编号： 雷电的发生和特性与局地的地形特征、气候特征密切相关，全球气候变化也对全球雷电频数有着直接影响，而雷电特别是高空放电与空间天气特性也密切相关。因此，雷电监测和防护业务应从雷电的监测、机理研究、预警服务到雷电灾害防护、雷电灾害收集与雷击风险评估等多方面，形成相互依存、统一的业务体系，以便充分发挥雷电监测快速、实时等优点，提高中小尺度灾害
2、性天气系统的监测预警服务能力，提升我国雷电灾害的整体防御能力和水平。 1 雷电预警系统原理 雷电监测预警系统是一套基于地面电场仪和闪电定位网的雷电监测和预警系统。闪电定位系统是一套云地闪探测系统，能够实时对云地闪的发生位置进行定位。闪电发生的时候都会向外辐射电磁波，通过人们对大量观测数据的统计发现，云地闪辐射的电磁波有其固有的特征，正是基于这一原理，通过设置多个探测点，检测波形特征点到达每个探测站的准确时间，从而实现对云地闪的精确定位。 2 雷电监测预警系统的经济效益和社会效益 2.1 为雷电轨道建设提供资料。雷电是强对流天气发生时的一种天气现象，因此雷电轨道与天气、气候等轨道有着密切的联系，
3、雷电轨道建设需要天气、气候等轨道提供的探空观测资料、地面气象观测资料以及实时雷达资料、气候预测产品等。 2.2 相比单靠地面电场仪对雷电进行短时预警，雷电监测预警系统能够实现更精确、更直观地观测和预报。通过经验积累，可以使观测人员对雷暴的局部活动习性有一个更加深刻的了解，为小尺度雷暴活动与地面电场关系的研究提供准确的资料。 2.3 通过建立雷电监测预警与服务业务体系，统筹规划全国雷电综合监测系统建设，规范雷电探测布局，实现全行业雷电信息资源共享，增强国家防雷减灾总体能力。 2.4 雷电监测预警系统能够实时提供更科学、更准确的雷电预警信息，能够有效的减少人员和财产的损失，在保障生产安全的前提下，
4、将因雷击造成的经济损失降到最低。 2.5 加强雷电监测、雷电机理以及成灾过程的研究，可推动雷电监测、预报和防护技术服务和业务化，提高对雷电灾害的监测预警能力和气象服务水平，提高我国雷电灾害综合防御能力。 3 雷电监测主要手段 3.1 雷电监测系统。主要是用来实时监测雷电的发生、发展及消亡过程，可以对雷电的发展趋势进行预测，起到预警的作用，同时能够提供处理雷电故障所需的信息及分析数据。 3.2 磁方向闪电定位系统(MDF)。当闪电回击发生时，它向周围空间辐射很强的电磁波，分设在各地的磁方向闪电探测仪实时测出闪电到达本站的时间、方向、极性、强度、回击次数等多项闪电参数，并实时将所测数据发往中心数据
5、处理站进行方向交汇定位处理，再将处理结果(计算出的闪电位置、强度等参量)实时发给各图形显示终端。进入 90 年代，由于 GPS 技术的使用，雷电监测在测向系统的基础上增加 GPS，同时采用数字波形处理技术(DsP)，对波形作相关性分析、定位处理，使雷电定位精度和探测效率都有明显提高。 3.3 时差闪电定位系统(TOA)。每个闪电探测站主要探测每次闪电回击辐射的电磁波到达本测站的绝对时间。二站之间得到一个时间差，构成一条双曲线，在双曲线上的任何一点都是可能的闪电回击位置。另外二站之间也有一个时间差，也可以构成另外一条双曲线，二条双曲线的交点，即为闪电回击位置。 3.4 时差测向混合闪电定位系统(
6、IMPACT)。鉴于磁方向闪电定位系统定位误差较大，时差系统又必须至少有三个探测站才能定位的事实，该定位系统既能保证测站数目较少的探测网有定位结果，又能保证较高的定位精度。 3.5 雷电预警系统。是一多站定位的甚高频 VHF 雷电探测系统, 可以用作雷电监测和雷暴预警。SAFIR 与其它低频雷电定位系统相比, 在探测效率和精度等性能方面有其优势和特色。一方面 VHF 频段的雷电信息非常丰富, 几乎覆盖了整个雷电放电过程, 从雷电电磁脉冲频谱分布范围中,可以很明显地看到 VHF 频段丰富的雷电信息,而 VHF 频段的雷电电磁脉冲辐射是由云地闪(CG)、云间闪(IC)产生的, 而低频段的雷电电磁脉
7、冲辐射主要是由 CG 产生的, 因此 SAFIR 系统具有探测 IC 的优势, 从云地雷电、云间雷电频数日变化对照中, 可以看到发生的 IC 频率远远高于 CG 的频率, 同样也说明了雷电高频信息比低频信息丰富。另一方面VDF 雷电探测受地面传导率、电离层变化, 以及地形变化等的影响小, 同时 VHF 干涉法定位技术受雷电辐射源信号的波形和幅度影响小,VHF 干涉法定位技术的定位精度要优于 LF 定位技术。 4 雷电监测预警技术 4.1 在雷暴形成的早期阶段, VAISALA 探测仪对远程的云内电活动进行探测并对其量化处理, 这是精确预报何时何地会发生云地闪的关键。SAFIR 系统由甚高频探测
8、仪 VHF 和低频传感器 LF 的探测站网络组成, 进行总雷电活动的定位和定性。探测仪对远程雷电活动的定向使用电磁雷电波的差分相位测量。这是唯一能够确定所有类型雷电的技术, 无论它们的波形特征如何, 它都可以对任何雷电信号进行处理。 4.2 SAFIR 站网系统由两个以上 SAFIR 子站组成的, 每个 SAFIR 子站由(VHF 天线系统干涉仪天线、LF 传感器天线、GPS 天线)、VHF 干涉仪前放和接收电路、信号鉴别处理和分析电路、电源电路以及通信接口等几部分组成。SAFIR 系统的定位原理是采用 VHF 干涉测量技术测向, 再用交汇法两个以上测站同时观测的数据得到的方位角确定其空间位置
9、。利用测量到达 SAFIR 测站定位天线阵列的电磁脉冲平面波的相位差, 进而可以得到雷电发生的点与干涉仪天线阵之间的角度数据。收到子站测得的雷电角度数据后, 主站的中心白理系统利用三角定位技术便可以确定雷电发生的位置。 4.3 云闪和云地闪发生时辐射频谱范围极大的电磁场，在初始击穿和通道建立过程中主要产生甚高频辐射 VHF，当在电离后的通道中产生强电流时,主要产生低频辐射 LF 和甚低频辐射 VLF。在地一电离层波导中，VHF 以射线方式传播，辐射范围较小，一般为百公里量级。LF/vL F 以地波方式传播，可以传播到较大的范围，一般为千公里以内，特别是 VLF借助于电离层的反射可以传播到很远的
10、地方(数千公里)，甚至全球。因此可以在不同的距离上，采用不同的频带探测闪电过程。另外，闪电发生时还辐射很强的可见光，可以在空间利用卫星探测；闪电通道的电离和空气的膨胀产生隆隆雷声，还可以用声学传感器探测。 4.4 电源系统的雷电防护技术。电源系统防雷保护是对与弱电系统电源有关的各级交流配电部分进行过压保护，要求在可能有雷电波侵入的电力进线处安装避雷器。电源系统防雷保护分多个不同的保护级别：根据保护级别的不同，选择合适标称放电电流和电压保护水平的电源避雷器，并保护避雷器有足够的耐雷电冲击能力。电源避雷器应有失效告警指示，具有阻燃功能，避雷器与电源系统的连接引线应尽可能短。 4.5 信息系统的雷电
11、防护技术。接口避雷器通常串联在数据线路中，其选择和应用必须以不影响数据传输为前提；应根据接口速率，选择工作带宽、物理接口合适的数据接口保护用避雷器，对于速率较高的数据设备接口，应选择极间电容、漏电流、括损、驻波比尽可能小、响应时间尽可能快的数据避雷器；应根据信号工作电压的不同，选择动作电压和限制电压合适的数据接口保护避雷器。 5 结论 由于我国地域辽阔，雷暴和雷电现象复杂且与地域特征密切相关，而雷电研究又起步较晚，特别是现代防雷技术近些年才启用，且正处于发展时期，因此，许多科学和技术问题还有待进一步解决，因而研究雷害机理，以科学指导雷电的防护是摆在我们国家的重要问题之一。 参考文献： 1冯桂力，雷电监测和雷电数据的应用J，山东气象，2002，22(2)：2527 2浅谈雷电灾害及雷电预防，防雷中国 3冯桂力雷电监测和雷电数据的应用J山东气象，2002，22(2)：2527
