大氣電場特征研究在雷電預(yù)警的應(yīng)用

馬 磊 石 濤 蘇玉宗 何啟明

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1 大氣電場特征

地面具有一定的負(fù)電特性，而大氣中則含有正電荷，這樣在地面與大氣之間就會存在一定的場強(qiáng)的電場，而且場強(qiáng)的方向則是從大氣指向地面。由于大氣狀況是動態(tài)變化的，因此大氣電場的場強(qiáng)也是一個動態(tài)變化的過程。以下就針對晴天和擾動天氣下的大氣電場進(jìn)行分析。

1.1 晴天大氣電場 晴天大氣電場就是在晴天的環(huán)境下在大氣內(nèi)所存在的電場。由于天氣晴朗，沒有任何的干擾，因此此時電場的場強(qiáng)方向是垂直指向地面的。而且此時場強(qiáng)的強(qiáng)度在120V/m左右。在晴天的上午，由于大氣溫度的不斷上升，其空氣對流程度會不斷的增強(qiáng)，此時在靠近地表的大氣中氣流會頻繁的與上層空氣中的大氣進(jìn)行交換，這樣在靠近地面的大氣中其氣溶膠的濃度就會在對流中不斷的減小，從而降低地表大氣電場的場強(qiáng)大小。一般在上午的八時到下午的四時之間此時的場強(qiáng)會比較的小，而其余的時間場強(qiáng)則比較的大。場強(qiáng)波動的幅度大約在50%左右。除此之外場強(qiáng)的大小還會受到季節(jié)的影響。比如說冬季的地表溫度低，而夏季的地表溫度大，因此冬季的場強(qiáng)要大于夏季的場強(qiáng)。

1.2 擾動天氣大氣電場 擾動天氣就是指雷電、強(qiáng)降水等一些變化無常的氣象。當(dāng)出現(xiàn)擾動天氣時大氣電場的場強(qiáng)方向以及場強(qiáng)大小都會發(fā)生非常明顯的變化，而且該變化具有無規(guī)律特點。比如說對于雷雨天氣來說，其場強(qiáng)會在15-20kV/m的范圍內(nèi)進(jìn)行無規(guī)則變化，而且其變化的頻率非常的快，同時在場強(qiáng)變動時其場強(qiáng)的方向也會隨機(jī)發(fā)生變動。

對于雷電氣象來說其大氣電場的變化經(jīng)歷了初始期、高峰期和消散期三個不同的時期。在每一個時期內(nèi)大氣電場都是變動的。當(dāng)大氣中的對流現(xiàn)象不斷增加，其積雨云就會不斷的成熟，這樣在積雨云中就會產(chǎn)生非常多的電荷，與此同時在大氣層中其電場的場強(qiáng)也在不斷的增加。有時候在大氣中還會發(fā)生一些小毛刺現(xiàn)象，這就是閃電，此時還不會出現(xiàn)雷。隨著積雨云電荷的不斷積累，就會進(jìn)入到高峰期。在高峰期內(nèi)電荷會出現(xiàn)碰撞，這樣就會頻發(fā)的出現(xiàn)閃電和強(qiáng)雷現(xiàn)象。這是由于在高峰期內(nèi)大氣電場中的正電荷與負(fù)電荷之間出現(xiàn)交替，從而產(chǎn)生的放電現(xiàn)象。隨著大氣電場中的電荷不斷發(fā)生放電現(xiàn)象，其場強(qiáng)在不斷的減少，發(fā)生閃電和強(qiáng)雷的現(xiàn)象也在不斷的下降，直到消失。

在晴天狀態(tài)下大氣電場處于一個穩(wěn)定變化幅度范圍內(nèi)，而擾動天氣下的電場則是一個變化無常的過程。因此對大氣電場進(jìn)行監(jiān)測，可以起到雷電預(yù)警作用。

2 大氣電場特征在雷電預(yù)警中的應(yīng)用

大氣電場特征能夠反映出大氣內(nèi)的電荷積累狀況，從而在雷電預(yù)警中起到良好的作用。當(dāng)前許多的研究人員在進(jìn)行研究時就針對大氣電場特征進(jìn)行監(jiān)測，從而對雷電現(xiàn)象進(jìn)行預(yù)警。

言穆弘等人在進(jìn)行研究時以太平洋區(qū)域內(nèi)的大氣電場情況進(jìn)行監(jiān)測，其通過對晴天和雷電天氣下的大氣電場狀況進(jìn)行分析，了解其大氣對流狀況。同時其在進(jìn)行研究時還針對1976年到1985年期間的太陽黑子運動進(jìn)行分析，研究太陽活動狀況與雷電氣象之間的相對關(guān)系。李其深等人在進(jìn)行研究時則是對大氣電場與雷電之前的相對關(guān)系進(jìn)行分析，提出在各種雷電現(xiàn)象下其大氣電場的實際分布狀況。張廷龍等人在進(jìn)行研究時則是以大氣電場變化情況為基礎(chǔ)，對雷電氣象下的大氣電荷情況進(jìn)行推演。從以上的研究內(nèi)容中可以發(fā)現(xiàn)許多的研究人員已經(jīng)將大氣電場應(yīng)用到雷電預(yù)警工作中。從這些研究內(nèi)容中可以發(fā)現(xiàn)大氣電場在雷電預(yù)警中的應(yīng)用主要有：

(1)當(dāng)雷電來臨之前，大氣內(nèi)的電場會發(fā)生一定幅度的變化，此時在進(jìn)行預(yù)警時通過對大氣內(nèi)的電荷分布狀況、電荷的極性等進(jìn)行監(jiān)測，然后根據(jù)當(dāng)前電荷變化和移動狀況進(jìn)行推測，就可以充分的了解到良好的雷電預(yù)警作用。在進(jìn)行大氣電場監(jiān)測時需要根據(jù)實際情況設(shè)置不同等級的報警設(shè)定值，這樣可以根據(jù)大氣電場實際情況更為準(zhǔn)確的進(jìn)行雷電預(yù)警工作。

(2)在進(jìn)行雷電預(yù)警時如果其大氣電場的場強(qiáng)已經(jīng)超過了設(shè)定值，此時就需要對大氣電場的實際情況進(jìn)行判定，確定是否存在快變抖動等現(xiàn)象，這樣就可以在提高預(yù)警的準(zhǔn)確性。同時通過研究發(fā)現(xiàn)隨著大氣電場場強(qiáng)的不斷變化，其變化率的大小與雷電有很大的關(guān)系，而且通過對變化率的變化情況進(jìn)行分析能夠更好的起到雷電預(yù)警作用，因此針對這樣的現(xiàn)象，在進(jìn)行雷電預(yù)警時可以將電場變化率作為一個主要的指標(biāo)來進(jìn)行監(jiān)測和衡量。

(3)由于大氣電場經(jīng)常處于變化狀況下如果單獨對其進(jìn)行監(jiān)測，很容易就會出現(xiàn)誤報等現(xiàn)象，因此在進(jìn)行監(jiān)測時可以將其與閃電定位系統(tǒng)結(jié)合在一起進(jìn)行應(yīng)用。通過定位系統(tǒng)的作用對閃電所處的位置進(jìn)行判斷，可以對雷電的具體位置以及雷電的方向進(jìn)行準(zhǔn)確判定，最終起到預(yù)警作用。

結(jié)語

從以上的分析中可以了解大氣電場在晴天天氣下會呈現(xiàn)穩(wěn)定變化特征，而在擾動天氣下則會出現(xiàn)劇烈變化，因此對大氣電場進(jìn)行監(jiān)測可以起到良好的雷電預(yù)警作用。通過對大氣電場中的電荷變化進(jìn)行監(jiān)測，并與閃電定位結(jié)合在一起，能夠有效減少誤報次數(shù)，提高預(yù)警準(zhǔn)確性。