黑河數字化水溫儀受強雷暴干擾的研究

孟令升，孟令蕾，石 偉，曹 雷（.碾子山地震臺，黑龍江 齊齊哈爾 6000；.哈爾濱市防震減災技術中心，黑龍江 哈爾濱 500；.黑龍江省地震局，黑龍江 哈爾濱 50090；.黑河地震臺，黑龍江 黑河 600）

黑河數字化水溫儀受強雷暴干擾的研究

孟令升1，孟令蕾2，石 偉3，曹 雷4
（1.碾子山地震臺，黑龍江 齊齊哈爾 161000；2.哈爾濱市防震減災技術中心，黑龍江 哈爾濱 150021；3.黑龍江省地震局，黑龍江 哈爾濱 150090；4.黑河地震臺，黑龍江 黑河 164300）

目前地震監測儀器已經進入到數字化時代，而數字化儀器很容易受雷電等因素的干擾，造成數據的畸變。黑河臺數字水溫儀數據波形出現了明顯的畸變，但很快恢復到正常動態范圍，針對此現象做了跟蹤分析處理，認為是由數字化水溫儀器受強雷暴干擾所致。借此希望為識別和排除地震前兆異常提供借鑒經驗。

數字化；雷暴；干擾

0 引言

地震監測儀器設備自“九五”項目開始，從模擬觀測時代進入了數字觀測時代，數字觀測儀器的觀測數據也隨之而來的受到了很多因素的影響。如電子元器件、供電線路、雷電等都會對儀器的穩定性產生較大影響[1]。而前兆觀測中的儀器干擾因素不剔除，會影響數據的使用。分析預報人員一旦發現了觀測資料出現異常，如果沒有能夠及時發現是其他干擾所致的前兆異常，就會產生誤判。筆者在分析使用黑河地震臺流體資料時，發現了水溫數字化儀器的數據畸變現象，經過反復的核實求證，認為黑河臺數字化水溫儀觀測的數據畸變是受雷暴干擾引起的，借此希望為今后的數字化前兆觀測數據的異常排除積累經驗。

1 黑河地震臺基本情況

黑河地震臺位于黑河市五道豁洛，黑河市城西4.5km，距黑呼公路1.5km處。黑河地震臺流體觀測井在黑河地震臺院內，位于大興安嶺海西期褶皺帶阿里山—愛輝復背斜的愛輝褶皺束的北東端。黑河地區山丘起伏連綿，河流縱橫交錯，小興安嶺猶如一道綠色的屏障自西北向東南貫穿全市，使地勢呈現出中部高、兩側低，北部高、南部低的特點。

（1）黑河井2007年正式投入觀測，觀測層屬海西期黑云斜長花崗巖，巖石堅硬新鮮，出露完整性好。觀測井井深200.5m，屬花崗巖裂隙水，水井的物理和化學性質滿足地下流體觀測井要求（圖1），周圍沒有大的干擾，觀測環境良好，數據產出質量相對穩定，總體運行情況很好，水位可以較清晰記錄到固體潮。水位探頭投放位置為8.5m，水溫探頭投放位置為190m（圖2）。水溫觀測采用SZW-1A型數字式溫度計，儀器性能如下：采樣率為分鐘值，分辨率為0.0001℃，短期穩定性：短期漂移小于0.0001℃/日，長期穩定性：長期漂移小于0.01℃/年。

圖1 黑河觀測井柱狀圖Fig.1 Histogram of Heihe observation well

圖2 黑河井流體觀測示意圖Fig.2 Schematic diagram of the well fluid observation in Heihe

（2）黑河地震臺供電系統（圖3），采用市電380V，通過鎧裝電纜 180 m埋地0.4m引入配電室，變壓220V，再經過鎧裝電纜15m埋地0.2m接入機房UPS；再通過鎧裝電纜接入儀器室，提供各設備用電。

圖3 黑河地震臺供電系統示意圖Fig.3 Schematic diagram of power supply system at Heihe Seismic Station

防雷地網采用鍍鋅管、條樁柱結構連接,埋深0.6m，設避雷針兩處（圖4）。

圖4 黑河地震臺防雷布局圖[4]Fig.4 Layout of lightning protection at Heihe Seismic Station

2 雷暴干擾特征分析

黑河臺的水溫數據年動態穩定，年變幅≤0.05℃（圖5）。但在2016年10月16日19時開始出現趨勢性上升（圖6），從7.4438℃上升至7.5466℃，上升幅度為0.1028℃，一線工作人員當天就發現了此次水溫的顯著變化趨勢，密切跟蹤。

2016年10月17日7時水溫開始下降，到10月18日11時下降到7.4518℃，基本恢復到10月16日19時前的正常水平，持續時長約40小時。

在此期間，黑河地震臺附近的天氣情況：2016年10月16日氣溫0～5℃，小雨，伴有雷暴；10月17日氣溫-3～3℃，雨夾雪；10月18日氣溫-7～1℃，小雪。即在16日16時開始，黑河地震臺附近的氣象資料顯示氣壓降低，氣溫降低，并有雷雨出現，且有雷暴伴生。以此印證了水溫受此天氣變化而出現的畸變現象（圖7）。

圖5 黑河水溫日均值曲線Fig.5 The daily mean value curve of water temperature in Heihe

圖6 黑河水溫分鐘值曲線Fig.6 The minute value curve of water temperature in Heihe

圖7 黑河水位與水溫對比曲線圖Fig.7 Comparison curves of water level and water temperature in Heihe

通過對黑河臺水位數據分析，同井水位變化做了對比，水位數據能看到明顯的潮汐現象（圖7），2016年10月16日到10月18日只變化了2cm，變化幅度很小，符合該井水位的動態范圍，且井水位的正常變化動態不足以導致水溫大幅度的畸變。但水位在16日19時，即水溫畸變的開始時間，水位記錄到一個明顯的突跳（圖7），此單點式的突跳一般都是電壓信號導致的探頭感應式突跳，非水位變化引起的，以此推斷，在18時至19時出現了雷暴干擾。

雷暴是伴有雷電現象的中小尺度對流性天氣系統。雷暴是由發展旺盛的積雨云引起的閃電、雷鳴現象的局地風暴，是水蒸氣激烈上升行程的積雨云中，凝結有巨大數量的小水滴盒冰晶，它們之間高速碰撞使云體帶上電荷。雷暴的能量很大，千分之幾到十分之幾秒的雷電放出的電能，可達到數十億到上千億瓦特。強大的電磁場產生的感應雷和脈沖電壓能潛入室內危及各種微電子設備，輕則引起系統失靈，重則導致系統或元器件永久損壞[5]。

黑河臺記錄氣壓從2016年10月16日17時開始加速下降，降水量增加，經過氣象三要素數據分析，發現10月16日到10月18日出現明顯降雨過程，降雨量為19.2mm（圖8）；同時寬頻帶地震計脈動曲線分析，出現許多毛刺，說明下雨的同時伴有雷暴（圖9）。

圖8 黑河水溫與氣壓、降雨量對比曲線圖Fig.8 Comparison curves of water temperature，air pressure and rainfall in Heihe

圖9 黑河臺地震計波形數據 （2016.10.16 18時—24時）Fig.9 The seismometer waveform data of Heihe Seismic Station （2016.10.16 18-24）

綜上所述，此次水溫突跳是由雷暴引起的，從氣象三要素和寬頻帶地震計上的資料都得到了印證。雷暴的發生，時間上吻合，并且由于水位沒有大幅度的變化，根據水溫預報地震的原理：地下水是引起地殼表面局部地熱異常的重要因素，在一次孕震過程中，由于震前應力大幅度增加或減弱的作用，造成地下微裂隙的張開或閉合，由此引起震前水溫的變化，此次水溫突跳很快恢復，證明不是地下應力調整的結果，排除了地震前兆異常的可能[3]。

3 結論

（1）通過對黑河地震臺數字化水溫儀2016年10月16日19時異常分析可以看出，雷暴對水溫測值的干擾非常明顯，變化幅度大，影響持續時間長，易與前兆異常混淆。因此在發現水溫異常時，應綜合氣象三要素、寬頻帶地震計等多種手段資料綜合分析，排除雷暴因素影響。

（2）在建設地震觀測臺站時，應提前做好防雷設施建設工作，在日常工作中，也應加強防雷設施的維護[2]。近年來，黑龍江省地震局采取多項措施對臺站外部避雷和內部避雷進行了整體改造，新增了雷電預警系統，確保了監測儀器運行的安全穩定。

（3）黑河地區屬于多雷區，年平均雷暴日在20～40天，因此在以后的工作中應加強雷暴干擾的分析研究，這將對提高分析預報水平起著十分重要的作用。

致謝：在撰寫論文期間，黑龍江省分析預報中心的石偉同志對此論文提出了寶貴意見，在此表示衷心的感謝。

[1] 邱永平. 地震前兆數字化儀器受到強雷暴干擾研究[J].地震地磁觀測與研究，2003，24（5）: 100-105.

[2] 國家地震局預測預防司. 地下流體地震預報方法[M].北京: 地震出版社，1997.

[3] 汪成國，趙剛高，守權，等. 新30井數字化水位、水溫遠場大震同震響應初析[J]. 內陸地震，2011，25（4）: 354-359.

[4] 邱鳳萍，劉彥斌，胡寶慧，等. 黑龍江省地震臺站防雷分析及改造[J]. 防災減災學報，2016，32（3）： 82-86.

[5] 蘭斌. 雷暴天氣現象的淺析[J]. 內蒙古氣象，2006（3）: 82-86.

Study on Interference in Heihe Digital Water Thermometer by Severe Thunderstorm

MENG Ling-sheng1，MENG Ling-lei2，SHI Wei3，CAO Lei4
（1. Nianzishan Seismic Station， Heilongjiang Qiqihaer 161000，China; 2. Harbin Earthquake Prevention and Disaster Reduction Technology Center，Heilongjiang Harbin 150021，China; 3. Earthquake Administration of Heilongjiang Province， Heilongjiang Harbin 150090， China; 4. Heihe Seismic Station of Heilongjiang Province， Heilongjiang Heihe 164300，China）

At present, the seismic monitoring instrument has entered into the digital age. However, the digital instrument is easy to be interfered by thunder which leads to data distortion. Data wave of Heihe digital water thermometer changed obviously but resumed to be normal soon. Relevant analysis was performed accordingly, and it was considered that such condition was made by the interference of severe thunderstorm in digital water thermometer. Hereby the experiences in recognition and exclusion of seismic precursor anomalies are provided for reference.

digitization; thunderstorm; interference

P315.72

A

10.13693/j.cnki.cn21-1573.2017.02.006

1674-8565（2017）02-0033-04

2017-01-21

2017-03-05

孟令升（1989-），男，黑龍江省依蘭縣人，2012年畢業于華北科技學院，本科，助理工程師，現主要從事地震監測與流動地磁觀測等方面的工作。E-mail：576157878@qq.com