雷電短臨預警的普及及應用

李博琛

摘 要：雷電給人類的生活帶來了極大的不穩定。本文結合國內外對雷電短臨預警的研究現狀和發展趨勢，指出了其存在的問題，并得出了雷電預警應應用化和標準化，以望提高雷電預警效率，為人民的生活，生命，財產等帶來有效的保障。

關鍵詞：雷電；研究現狀；預警問題；應用化；標準化

中圖分類號：P427 文獻標識碼：A

1.國內外雷電短臨預警研究現狀

1.1 概述

雷電侵害是全世界十大自然災害之一，在全球每天都發生著地對地、云對地的閃電，將近800多萬次。全球對于雷電侵害威脅到的森林資源、旅游資源、畜牧業、自然人體、公共設施、戰略資源、古建筑等等都有專項統計，但由于雷電分布的不均勻性、發生情況多變性、形成時間較短，對于其防護的措施大部分還是以被動防護為主?，F階段按照國際和國家的雷電防護相關法規規范進行固定物體的雷電接閃泄放防護，對于移動的物體、自然人、群體性戶外場所只能以警告和提示的方法避免遭受雷電的侵害。每年全球因為自然雷擊而受傷和死亡的人數達到了12000多人。

除了人身傷害，經濟損失也是雷電次生災害破壞力的主要體現。自然雷擊可歸類到天然火源和空間自然電磁輻射范疇，雷電發生的時間與地點受大氣中含有大量電荷的雨云分布、地面易燃物狀況、其他氣象條件所支配，常規的雷電次生災害主要表現在火災方面，但是普通的防火手段對于雷擊森林火災發生來說相對較為被動。雷擊引起的森林火災通常發生在人跡罕至的地區，一旦釀成火災后很難及時發現，造成無法彌補的損失。

1.2 雷電預警的發展趨勢

雷電預警這個有針對性的叫法是近幾年才慢慢開始走向市場化和實用化的，最開始由當地氣象部門承擔在雷暴盛行季節對雷擊天氣現象進行預測預報的一種方法，預報未來24h的雷擊火險等級，主要依靠當地氣象臺站直接觀測雷雨云資料和雷電參數資料，然后采取相應防范措施。對于雷電發生的整個過程都納入到了科研需求當中，以數據收集和過程機理的科研需求作為主要目的和需求。

自然雷擊的事故在有些特殊的領域或者行業當中造成的影響是不可估量的，比如易燃易爆場所、石油化工領域、航空領域、學校教育類人員密集度場所等等，2014年5月9日由國務院法制辦正式下發通告，由國家安全生產監督總局起草的《石油庫安全管理規定》中尤其針對自然雷電的預警防護提出了防雷防靜電的具體要求，第二十二條（十）要求“石化企業根據自身特點建立符合石油庫安全生產要求的有針對性的雷電防護預防性措施。石油庫應建立雷電預警系統，雷電預警系統的探測單元在其系統使用壽命期內應符合全天候、耐環境、不間斷、無損耗、免維護的要求?！?/p>

2.雷電預警現階段遇到的問題

2.1 雷電預警的準確性

雷電預警的準確性是現在落實到廣譜運用的關鍵問題點，要實際驗證雷電預警的準確性就必須從兩個方面作為切入點。第一，有可靠穩定性的探測設備和系統完整的分析方法。第二，長期進行多地域、多環境驗證搜集歷史信息作為樣本參考。

現階段能夠作為雷電預警在民用市場應用的主要探測設備就是大氣電場儀，傳統的大氣電場儀以場磨式開口的探測設備為主，該設備是測量大氣電場變化的探測設備，能將當前大氣電場的峰值準確的檢測出來，利用大氣電場的峰值在雷電發生前觀察峰值變化、峰值變化頻率等參數進行雷電發生可能性的預判。

2.2 雷電預警的穩定性

雷電預警探測設備的穩定性是在實際應用中關乎成本和有效性的關鍵指標，受自然因素影響設備要定期維護和校準就成了企業在應用過程中的實際困難，后期的維護成本和維修費用所造成的人力物力投入往往大于設備本身的投入資本。

往往沿海地區、化工企業是遭受自然雷擊的重災區，也同樣因為這個原因這些地方的需求尤為迫切，但是這些企業的生產環境和自然環境往往浮塵、酸性氣體、鹽堿濕氣較為嚴重，針對開放式的運動場模式大氣電場儀就是一個嚴峻的考驗。耐腐蝕、全天候、免維護、不間斷、無損耗的企業實際要求將很難達到滿足。

3.雷電預警應用實用化和應用標準化

3.1 確保雷電預警儀的免維護

在實際應用階段，作為雷電預警過程中的檢測設備之一大氣電場儀需要有高可靠性和穩定性的運行狀態，設備安裝應用地點多數在露天空曠偏遠地區，維護成本包含人工、配件、交通費用，每次的維護成本最低也需要3000元/次。

將維護周期設定在5年一個周期才有較為實際的操作意義。盡量減除設備內的長期運動部件，保證設備耗損和維護的最低限度。暴露在空氣當中的主要探測部件在抗UV、自然老化、金屬性電化學反應上要做相應處理，不然就會發生生銹腐蝕的情況造成設備嚴重損壞。

3.2 雷電預警設備現場施工安裝的可操作性

設備在現場施工安裝過程中因為地形的復雜性、樓面平整度、防水防蟲等客觀因素存在，要求設備應具有靈活適應各種環境的安裝方案和成熟的適配配件來支撐安裝需求。

例如，樓頂頂層承重問題、屋頂呈現斜度情況、屋頂不能破壞防水層等問題，就不適合做預制承重水泥基礎，應考慮在女兒墻如何裝配（圖1）。

以上的實際現場安裝和裝配便捷度問題在大量的實際應用中能反映出設備人性化設計特點，力求穩定、高效、便捷的現場作業。

3.3 雷電預警結果的多數據源樣本采集

大氣電場儀作為判斷大氣電場的檢測設備，單一性的大氣電場參數收集不能作為雷電發生過程進行預警的唯一標準，一定要結合氣象多要素參數進行綜合判斷，例如風速、風向、溫度、濕度、水含量基本反射率DBZ、衛星云圖等要素。在此基礎上再結合大氣電場的變化就能基本上從自然環境化學生成和電磁物理生成兩個大角度進行預判雷電發生的可能性。后期結合發生的雷電電磁、聲向定位進行驗證才能在理論和實際數據中將雷電過程進行基本表述和預警判斷（圖2）。

3.4 雷電預警應用平臺的方向

系統性的預警前端監控平臺是直觀反映雷電預警預報的主要映射媒介，為了方便現場監控值班人員和非工作時段離崗的工作人員進行實時監控，應該由綜合性強和靈活性強的不同應用平臺進行監控應用。

平臺的界面風格也應該根據應用行業不同進行有效區分，分為應用性和數據分析性平臺。作為企業用戶關心的是預警的結果和實效性，而作為氣象行業和科研機構就更偏向于整體數據展示和過程分析。展現平臺需求的不同也體現出了人性化和專業化的工作標準，能夠將平臺的要素提供有效信息接口供給第三方進行數據的回籠和應用也是在后續針對不同用戶應用的專業功能。

參考文獻

[1]馬明，呂偉濤，張義軍，等.我國雷電災害及相關因素分析[J].中國國際防雷論壇論文摘編，2008（23）：856-865