錢 美 劉 艷 胡民達(dá) 劉 敏

摘要雷電監(jiān)測資料的獲取是雷電預(yù)警的前提。利用常規(guī)氣象觀測資料,局地的閃電定位儀和大氣電場儀器,大范圍的多普勒天氣雷達(dá)網(wǎng),監(jiān)測全球雷電活動的衛(wèi)星觀測資料,構(gòu)成了江蘇對雷電的實(shí)時監(jiān)測網(wǎng)。本文就以上資料的獲取方法進(jìn)行簡要的回顧和展望。

關(guān)鍵詞雷電雷電監(jiān)測雷電預(yù)警

中圖分類號:TN92文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

雷電是發(fā)生于大氣中的一種瞬態(tài)大電流、高電壓、強(qiáng)電磁輻射的天氣現(xiàn)象。隨著科技進(jìn)步,電力和電子設(shè)備廣泛應(yīng)用,由雷電造成的人員和財產(chǎn)損失引起人們的關(guān)注,對雷電進(jìn)行有效的預(yù)警預(yù)報成為社會發(fā)展的迫切需要。面對雷電災(zāi)害服務(wù)的強(qiáng)烈社會需求,發(fā)展雷電災(zāi)害的監(jiān)測、預(yù)警預(yù)報和產(chǎn)品服務(wù),是雷電災(zāi)害防御系統(tǒng)的重要組成部分,也是雷電監(jiān)測站網(wǎng)發(fā)展所面臨的難點(diǎn)。利用常規(guī)氣象觀測資料,局地的閃電定位儀和大氣電場儀器,大范圍的多普勒天氣雷達(dá)網(wǎng),監(jiān)測全球雷電活動的衛(wèi)星觀測資料,構(gòu)成了雷電的實(shí)時監(jiān)測網(wǎng)。

1 常規(guī)氣象觀測

常規(guī)的氣象臺站觀測對雷暴日,雷暴小時數(shù)有詳細(xì)的資料。統(tǒng)計近50年江蘇全省的氣象雷電資料,可獲得江蘇的雷電發(fā)生發(fā)展規(guī)律及時空分布特征。①常規(guī)觀測能很好地為雷電監(jiān)測提供天氣形勢上的支持,但有其局限性:如不能很好的區(qū)分閃電特征。近年研究認(rèn)為閃電頻數(shù)比傳統(tǒng)的雷暴日和雷暴小時更好地反映了閃電活動的強(qiáng)度。②

2 地基閃電探測

上世紀(jì)60年代以后,地面大氣電場快、慢變化儀及低頻/甚低頻(LF/VLF)和甚高頻(VHF)閃電定位技術(shù)相繼取得突破②。大范圍地基閃電探測網(wǎng)獲得實(shí)現(xiàn),并積累十幾年可靠資料。

2.1 雷電定位設(shè)備

目前江蘇省部分地區(qū)的雷電監(jiān)測系統(tǒng)和美國等國家運(yùn)行的國家雷電監(jiān)測網(wǎng)NLDN(National Lightning Detection Network),采用多站雷電定位探測設(shè)備,一般可提供閃電放電的發(fā)生時間、地點(diǎn)分布以及地閃回?fù)舻碾姶艌鰪?qiáng)度、電流幅度、電流波形的上升和衰減時間等各種雷電特征信息;③用于局地使用的單站閃電定位設(shè)備也能夠提供各種地閃回?fù)舭l(fā)生的信息。這些雷電探測數(shù)據(jù)的利用在很大程度上改善了人們對雷電災(zāi)害的防御能力。

2.2 大氣電場儀

大氣電場強(qiáng)度是大氣電學(xué)的基本參數(shù),在晴天電學(xué)、雷暴電學(xué)以及閃電的研究中,都有重要意義,在雷暴和閃電監(jiān)測中有重要作用。③④大氣電場儀可以測量地面大氣電場的強(qiáng)度和極性,可對對流云的起電過程進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測,既能夠記錄閃電發(fā)生前雷暴中的電活動,又可記錄雷暴過程中發(fā)生的閃電(包括云閃和地閃)。從組成結(jié)構(gòu)上大氣電場儀既可單獨(dú)使用記錄局地雷電情況,又可聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測空中電結(jié)構(gòu)。

2.3 大氣電場儀與雷電定位設(shè)備結(jié)合

多站大氣電場測量進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測地面電場,提供監(jiān)測區(qū)域內(nèi)地面電場的分布以及雷暴空間電荷的分布和移動路徑,為雷電的監(jiān)測和預(yù)報提供重要的信息,同時結(jié)合雷電定位系統(tǒng)的觀測,使雷電和雷暴預(yù)警的專項(xiàng)服務(wù)成為可能。盡管地面電場儀的組網(wǎng)觀測能夠較全面地揭示雷雨云中電荷分布特征,閃電定位系統(tǒng)也提供了準(zhǔn)確豐富的閃電信息,但雷電預(yù)報系統(tǒng)軟件產(chǎn)品的開發(fā),還需要結(jié)合天氣雷達(dá)、衛(wèi)星云圖資料等其他氣象觀測手段和中尺度數(shù)值預(yù)報模式相耦的雷暴動力-電模式,并開展雷雨云中電活動中心的發(fā)生發(fā)展規(guī)律及其演變特征的研究⑤。

3 多普勒天氣雷達(dá)

南京、南通、鹽城、徐州和連云港五部多普勒天氣雷達(dá)聯(lián)網(wǎng)拼圖實(shí)現(xiàn)對全省范圍內(nèi)全方位連續(xù)的立體實(shí)時監(jiān)測,獲得雷雨云生消演變狀態(tài)為雷電的臨近預(yù)報提供可靠的信息。還可綜合利用閃電定位數(shù)據(jù)與雷達(dá)信息更為直觀地給出雷電的發(fā)展過程,實(shí)現(xiàn)對雷電的監(jiān)測。研究表明雷達(dá)回波對雷暴單體中閃電的發(fā)生具有一定的指示作用,但不同地區(qū)也存在一定差異,如北京的研究證明:雷暴單體中從25dBz回波出現(xiàn)到單體的35dBz回波厚度變化率達(dá)到極值的時間差,與雷暴中最早的云閃與最早的地閃之間的時間差,兩者存在一定的線性關(guān)系,為進(jìn)一步預(yù)測地閃的發(fā)生提供了一個參考根據(jù)⑥。另有研究發(fā)現(xiàn),使用雷達(dá)回波很難進(jìn)行云地閃電的定位、定時預(yù)報⑦。

4 衛(wèi)星資料

衛(wèi)星云圖實(shí)現(xiàn)對更大范圍的雷雨監(jiān)測,獲得雷雨云演變的早期預(yù)警信息。近年來利用衛(wèi)星資料分析閃電特征的研究相當(dāng)多。20世紀(jì)90年代新型衛(wèi)星探測器光學(xué)瞬態(tài)探測器(OTD)、閃電成像傳感器(LIS)相繼發(fā)生升空并投入觀測運(yùn)行。通過衛(wèi)星資料,可對中國全境(包括陸地和海洋)的雷電活動特征進(jìn)行分析,深入研究中國不同地區(qū)雷電活動的氣候特征分布和變化規(guī)律具有重要意義。

5 結(jié)語

多種氣象觀測平臺相結(jié)合,利用多種手段獲取雷電監(jiān)測資料,不僅為雷電災(zāi)害研究提供重要的科學(xué)數(shù)據(jù),而且對雷電預(yù)警短時預(yù)報建立了一個重要的實(shí)際應(yīng)用支撐平臺,為防雷減災(zāi)做出重要的技術(shù)支持。