江苏雷电监测网的资料获取方法与展望

钱 美 刘 艳 胡民达 刘 敏

摘要雷电监测资料的获取是雷电预警的前提。利用常规气象观测资料,局地的闪电定位仪和大气电场仪器,大范围的多普勒天气雷达网,监测全球雷电活动的卫星观测资料,构成了江苏对雷电的实时监测网。本文就以上资料的获取方法进行简要的回顾和展望。

关键词雷电雷电监测雷电预警

中图分类号:TN92文献标识码:A

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。随着科技进步,电力和电子设备广泛应用,由雷电造成的人员和财产损失引起人们的关注,对雷电进行有效的预警预报成为社会发展的迫切需要。面对雷电灾害服务的强烈社会需求,发展雷电灾害的监测、预警预报和产品服务,是雷电灾害防御系统的重要组成部分,也是雷电监测站网发展所面临的难点。利用常规气象观测资料,局地的闪电定位仪和大气电场仪器,大范围的多普勒天气雷达网,监测全球雷电活动的卫星观测资料,构成了雷电的实时监测网。

1 常规气象观测

常规的气象台站观测对雷暴日,雷暴小时数有详细的资料。统计近50年江苏全省的气象雷电资料,可获得江苏的雷电发生发展规律及时空分布特征。①常规观测能很好地为雷电监测提供天气形势上的支持,但有其局限性:如不能很好的区分闪电特征。近年研究认为闪电频数比传统的雷暴日和雷暴小时更好地反映了闪电活动的强度。②

2 地基闪电探测

上世纪60年代以后,地面大气电场快、慢变化仪及低频/甚低频(LF/VLF)和甚高频(VHF)闪电定位技术相继取得突破②。大范围地基闪电探测网获得实现,并积累十几年可靠资料。

2.1 雷电定位设备

目前江苏省部分地区的雷电监测系统和美国等国家运行的国家雷电监测网NLDN(National Lightning Detection Network),采用多站雷电定位探测设备,一般可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、电流波形的上升和衰减时间等各种雷电特征信息;③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有重要作用。③④大气电场仪可以测量地面大气电场的强度和极性,可对对流云的起电过程进行连续监测,既能够记录闪电发生前雷暴中的电活动,又可记录雷暴过程中发生的闪电(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,又可联网监测空中电结构。

2.3 大气电场仪与雷电定位设备结合

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。尽管地面电场仪的组网观测能够较全面地揭示雷雨云中电荷分布特征,闪电定位系统也提供了准确丰富的闪电信息,但雷电预报系统软件产品的开发,还需要结合天气雷达、卫星云图资料等其他气象观测手段和中尺度数值预报模式相耦的雷暴动力-电模式,并开展雷雨云中电活动中心的发生发展规律及其演变特征的研究⑤。

3 多普勒天气雷达

南京、南通、盐城、徐州和连云港五部多普勒天气雷达联网拼图实现对全省范围内全方位连续的立体实时监测,获得雷雨云生消演变状态为雷电的临近预报提供可靠的信息。还可综合利用闪电定位数据与雷达信息更为直观地给出雷电的发展过程,实现对雷电的监测。研究表明雷达回波对雷暴单体中闪电的发生具有一定的指示作用,但不同地区也存在一定差异,如北京的研究证明:雷暴单体中从25dBz回波出现到单体的35dBz回波厚度变化率达到极值的时间差,与雷暴中最早的云闪与最早的地闪之间的时间差,两者存在一定的线性关系,为进一步预测地闪的发生提供了一个参考根据⑥。另有研究发现,使用雷达回波很难进行云地闪电的定位、定时预报⑦。

4 卫星资料

卫星云图实现对更大范围的雷雨监测,获得雷雨云演变的早期预警信息。近年来利用卫星资料分析闪电特征的研究相当多。20世纪90年代新型卫星探测器光学瞬态探测器(OTD)、闪电成像传感器(LIS)相继发生升空并投入观测运行。通过卫星资料,可对中国全境(包括陆地和海洋)的雷电活动特征进行分析,深入研究中国不同地区雷电活动的气候特征分布和变化规律具有重要意义。

5 结语

多种气象观测平台相结合,利用多种手段获取雷电监测资料,不仅为雷电灾害研究提供重要的科学数据,而且对雷电预警短时预报建立了一个重要的实际应用支撑平台,为防雷减灾做出重要的技术支持。