雷电短临预警的普及及应用

李博琛

摘 要：雷电给人类的生活带来了极大的不稳定。本文结合国内外对雷电短临预警的研究现状和发展趋势，指出了其存在的问题，并得出了雷电预警应应用化和标准化，以望提高雷电预警效率，为人民的生活，生命，财产等带来有效的保障。

关键词：雷电；研究现状；预警问题；应用化；标准化

中图分类号：P427 文献标识码：A

1.国内外雷电短临预警研究现状

1.1 概述

雷电侵害是全世界十大自然灾害之一，在全球每天都发生着地对地、云对地的闪电，将近800多万次。全球对于雷电侵害威胁到的森林资源、旅游资源、畜牧业、自然人体、公共设施、战略资源、古建筑等等都有专项统计，但由于雷电分布的不均匀性、发生情况多变性、形成时间较短，对于其防护的措施大部分还是以被动防护为主。现阶段按照国际和国家的雷电防护相关法规规范进行固定物体的雷电接闪泄放防护，对于移动的物体、自然人、群体性户外场所只能以警告和提示的方法避免遭受雷电的侵害。每年全球因为自然雷击而受伤和死亡的人数达到了12000多人。

除了人身伤害，经济损失也是雷电次生灾害破坏力的主要体现。自然雷击可归类到天然火源和空间自然电磁辐射范畴，雷电发生的时间与地点受大气中含有大量电荷的雨云分布、地面易燃物状况、其他气象条件所支配，常规的雷电次生灾害主要表现在火灾方面，但是普通的防火手段对于雷击森林火灾发生来说相对较为被动。雷击引起的森林火灾通常发生在人迹罕至的地区，一旦酿成火灾后很难及时发现，造成无法弥补的损失。

1.2 雷电预警的发展趋势

雷电预警这个有针对性的叫法是近几年才慢慢开始走向市场化和实用化的，最开始由当地气象部门承担在雷暴盛行季节对雷击天气现象进行预测预报的一种方法，预报未来24h的雷击火险等级，主要依靠当地气象台站直接观测雷雨云资料和雷电参数资料，然后采取相应防范措施。对于雷电发生的整个过程都纳入到了科研需求当中，以数据收集和过程机理的科研需求作为主要目的和需求。

自然雷击的事故在有些特殊的领域或者行业当中造成的影响是不可估量的，比如易燃易爆场所、石油化工领域、航空领域、学校教育类人员密集度场所等等，2014年5月9日由国务院法制办正式下发通告，由国家安全生产监督总局起草的《石油库安全管理规定》中尤其针对自然雷电的预警防护提出了防雷防静电的具体要求，第二十二条（十）要求“石化企业根据自身特点建立符合石油库安全生产要求的有针对性的雷电防护预防性措施。石油库应建立雷电预警系统，雷电预警系统的探测单元在其系统使用寿命期内应符合全天候、耐环境、不间断、无损耗、免维护的要求。”

2.雷电预警现阶段遇到的问题

2.1 雷电预警的准确性

雷电预警的准确性是现在落实到广谱运用的关键问题点，要实际验证雷电预警的准确性就必须从两个方面作为切入点。第一，有可靠稳定性的探测设备和系统完整的分析方法。第二，长期进行多地域、多环境验证搜集历史信息作为样本参考。

现阶段能够作为雷电预警在民用市场应用的主要探测设备就是大气电场仪，传统的大气电场仪以场磨式开口的探测设备为主，该设备是测量大气电场变化的探测设备，能将当前大气电场的峰值准确的检测出来，利用大气电场的峰值在雷电发生前观察峰值变化、峰值变化频率等参数进行雷电发生可能性的预判。

2.2 雷电预警的稳定性

雷电预警探测设备的稳定性是在实际应用中关乎成本和有效性的关键指标，受自然因素影响设备要定期维护和校准就成了企业在应用过程中的实际困难，后期的维护成本和维修费用所造成的人力物力投入往往大于设备本身的投入资本。

往往沿海地区、化工企业是遭受自然雷击的重灾区，也同样因为这个原因这些地方的需求尤为迫切，但是这些企业的生产环境和自然环境往往浮尘、酸性气体、盐碱湿气较为严重，针对开放式的运动场模式大气电场仪就是一个严峻的考验。耐腐蚀、全天候、免维护、不间断、无损耗的企业实际要求将很难达到满足。

3.雷电预警应用实用化和应用标准化

3.1 确保雷电预警仪的免维护

在实际应用阶段，作为雷电预警过程中的检测设备之一大气电场仪需要有高可靠性和稳定性的运行状态，设备安装应用地点多数在露天空旷偏远地区，维护成本包含人工、配件、交通费用，每次的维护成本最低也需要3000元/次。

将维护周期设定在5年一个周期才有较为实际的操作意义。尽量减除设备内的长期运动部件，保证设备耗损和维护的最低限度。暴露在空气当中的主要探测部件在抗UV、自然老化、金属性电化学反应上要做相应处理，不然就会发生生锈腐蚀的情况造成设备严重损坏。

3.2 雷电预警设备现场施工安装的可操作性

设备在现场施工安装过程中因为地形的复杂性、楼面平整度、防水防虫等客观因素存在，要求设备应具有灵活适应各种环境的安装方案和成熟的适配配件来支撑安装需求。

例如，楼顶顶层承重问题、屋顶呈现斜度情况、屋顶不能破坏防水层等问题，就不适合做预制承重水泥基础，应考虑在女儿墙如何装配（图1）。

以上的实际现场安装和装配便捷度问题在大量的实际应用中能反映出设备人性化设计特点，力求稳定、高效、便捷的现场作业。

3.3 雷电预警结果的多数据源样本采集

大气电场仪作为判断大气电场的检测设备，单一性的大气电场参数收集不能作为雷电发生过程进行预警的唯一标准，一定要结合气象多要素参数进行综合判断，例如风速、风向、温度、湿度、水含量基本反射率DBZ、卫星云图等要素。在此基础上再结合大气电场的变化就能基本上从自然环境化学生成和电磁物理生成两个大角度进行预判雷电发生的可能性。后期结合发生的雷电电磁、声向定位进行验证才能在理论和实际数据中将雷电过程进行基本表述和预警判断（图2）。

3.4 雷电预警应用平台的方向

系统性的预警前端监控平台是直观反映雷电预警预报的主要映射媒介，为了方便现场监控值班人员和非工作时段离岗的工作人员进行实时监控，应该由综合性强和灵活性强的不同应用平台进行监控应用。

平台的界面风格也应该根据应用行业不同进行有效区分，分为应用性和数据分析性平台。作为企业用户关心的是预警的结果和实效性，而作为气象行业和科研机构就更偏向于整体数据展示和过程分析。展现平台需求的不同也体现出了人性化和专业化的工作标准，能够将平台的要素提供有效信息接口供给第三方进行數据的回笼和应用也是在后续针对不同用户应用的专业功能。

参考文献

[1]马明，吕伟涛，张义军，等.我国雷电灾害及相关因素分析[J].中国国际防雷论坛论文摘编，2008（23）：856-865