论雷电预报及定位技术应用的剖析

■梁艺鹏　罗锦波（广东省佛山市禅城区佛山市防雷设施检测所广东佛山58000;广东省佛山市禅城区佛山市雷安防雷工程有限公司广东佛山58000）

论雷电预报及定位技术应用的剖析

■梁艺鹏1罗锦波2
（1广东省佛山市禅城区佛山市防雷设施检测所广东佛山528000;2广东省佛山市禅城区佛山市雷安防雷工程有限公司广东佛山528000）

本文对雷电定位系统应用进行了分析，并就优化雷电定位精确预报措施的提高提出了建议和意见。

雷电定位系统建设技术应用

随着人类社会经济的发展，因雷电而引发的灾害也越来越严重。雷电放电涉及气象、地形、地貌、地质等许多自然因素，具有很强的随机性。最近我国对雷电灾害气象轨道，特别是雷电定位系统的建立，并通过对系统的运行进行长期观察和数据统计分析，对雷电定位精度和探测效率都有明显提高。

1　研究雷电预报及定位技术的作用

（1）雷电预报及定位作为国家公众气象预报和灾害性天气警报的内容之一，提高雷电监测准确性和预警预报服务的水平，将关系到全社会经济的发展和各行业和人民生活的安全。

（2）加强闪电定位技术的开发和应用研究，完善闪电定位系统设备,开发和完善适合雷电业务的全国闪电监测站网的综合定位技术，是今后探测业务发展的主要任务之一。同时开展全国闪电监测站网的性能的评估研究，并不断改进闪电探测系统的定位精度和探测效率，为开发雷电资料应用平台，建立共享资源数据库提供必要的基础，使雷电资料得到广泛应用，最大限度地发挥雷电探测系统的效益。

（3）通过闪电特征与天气过程关系的深入研究，利用全国雷电监测网国内进行站网观测运行实验，开展闪电资料应用于强对流天气预报业务的对比分析和评估研究，通过与中尺度预报模式的耦合建立闪电预警模型，发展可用于气象业务的预报和诊断技术尤为重要。

（4）雷电监测定位系统在雷电的研究、监测及防护领域中处于极其核心的位置。通过实时监测雷暴的发生、发展、成灾情况和移动方向及其它活动特性，对一些重点目标给出类似于台风的监测预报，使雷电造成的损失降到最低点。

2　雷电预报及定位的原理分析

（1）雷电定位原理。地基雷电定位系统都是测定雷电的电磁辐射脉冲。雷电监测定位系统由雷电探测仪+中心数据处理站+用户数据服务网络+图形显示终端构成。由布置在不同地理位置上的两台以上的雷电探测仪可以实施探测。国际上应用的雷电定位系统主要是磁方向探测系统和时差法系统，后者的定位精度远远高于前者，而且目前时差法所依赖的精密时钟技术因为GPS的使用而得到了解决，目前时差法系统将成为主流的雷电定位探测设备。

（2）雷电定位系统数据的传输。探测仪通电后或当探头内的时钟运行到整点，即进行一次自检，此过程大约需要5秒钟，待自检通过后，探头开始有数据向外发送。在无闪电情况下探头每三十秒钟发出一个长度为35字节的状态数据；如果时钟运行到整点有闪电时，闪电数据将被实时发出后才开始运行自检程序，闪电数据长度同样为35字节。目前使用较多的、较为成熟的通信传输方式有微波、光纤、卫星通信、广域网、GPRS和CDMA等技术，考虑到探头安装地点通信的方便性以及数据传输的稳定性。

（3）中心数据处理。中心数据处理站是接收和处理各探测子站送来的探测数据，将收到的闪电回击数据实时进行交汇处理，给出每个闪电回击的准确位置、强度等参数，再将此参数导人数据库，供图形显示终端调用，控制和管理各探测仪的工作状况，也是雷电监测定位系统的神经中枢。

（4）图形显示终端。由中心数据定位处理站传来的雷电定位结果和其它探测数据，形成数据库；以数据和基于图形方式，将数据库数据开放，供各类网络用户访问和调用，在图形平台上进行雷电数据分析、统计。图形显示终端实时接收雷电信息，在电子地图上显示雷击位置、统计雷电参数等雷电信息。

（5）系统的运行管理。雷电监测定位网建成后，主要为气象预报、专业服务、人工影响天气和防雷工程设计规划等服务，并可为其它行业和用户服务，进行全天候雷电监测，纳入气象基本业务管理，设备运行管理由气象部门负责，防雷中心负责雷电活动的监测预警，大气探测技术中心负责系统的技术保障工作。

3　应用中需要注意的关键环节

（1）多站交汇误差要比两站交汇误差小，因此多站布置可以提高雷电定位精度，同时可以扩大探测范围。从交汇原理的合理性通常希望把探头布置成三角形，正四边形等更为有利，然而站的数量，站址的布置，站间的距离等的选取要从系统雷电的定位精度要求，覆盖面积，场站的通讯条件以及场址背景条件等诸多因素综合分析决定。场地环境也是非常重要的，经过测试如果背景噪声很大也不宜用作站点，否则探头将不能正常运行，对于雷电定位将带来较大误差。站与站间的站距通常选为150公里至180公里为宜，平原地区可以适当拉开一些，山区可以适当缩短一些。

（2）天气预报人员可以使用云地闪电数据进行大范围天气监测和对流天气短时预报。因为闪电演变特征能较好地指示对流的存在、产生、移动、消散、结构、范围、强度和在发展等重要信息。为人们和专业用户提供临近雷电监测资料，运用天气学和统计学方法，开展全国性或地区性雷电的预报。比如利用远程雷电资料可以确定台风螺旋独特波形，可利用正交环天线接收辐射磁场分量和云系的位置和移动方向。雷电数据有助于及时发现可能导致森林火灾的雷暴。应用中可利用雷电定位系统获取的实时探测资料，结合自动气象站、探空雷达、新一代天气雷达、卫星云图、地面大气电场仪和地面加密观测资料，获取全面的雷电监测资料，与气象预报相结合，实时监测雷电活动的路径、方向和演变趋势，观测资料表明，云地闪的总数、闪电总数以及这些因数的综合指数与灾害性天气有最直接的关系。

（3）雷电定位探测信息，比天气雷达探测回波信息可提前半小时，对各种强天气过程有很好的指示作用。随着人们对防雷意识的不断提高，对雷电预报的要求越来越迫切，对防雷技术的要求也越来越高。气象部门具备对雷电的监测、防护和研究的优势，雷电监测资料的开发应用，会在很大程度上减少雷电灾害给人们生活生产造成的损失，也会对我国雷电探测和防护的规范化管理及其健康发展起到积极的作用。

4　结束语

雷电灾害是最严重的十种自然灾害之一。全球每年因雷击造成的人员伤亡和财产损失严重。利用原有雷电预警潜势预报技术方法和雷电预警系统，建立雷达组网、卫星，以及闪电定位等的综合观测的获取环境，深入研究和揭示全国不同区域范围内雷电活动的演变规律，对雷电和灾害性天气过程的短时预报业务具有重要的实际应用价值。

[1]孙凌;珺周筠;郭在华;;湖南雷暴天气中地闪活动的预报研究[J];成都信息工程学院学报;2010年02期.

[2]李博;重庆雷电时空分布特征及雷灾研究[D];南京信息工程大学;2011年.

S761.5[文献码]B

1000-405X（2016）-1-353-1