大氣電場儀在貴州雷電監測預警中的應用淺析

李 迪，陸 揚

（1.貴州省氣象災害防御技術中心，貴州 貴陽 550002；2.貴州省大氣探測技術與保障中心，貴州 貴陽 550002）

1 引言

貴州省位于云貴高原東側，地形以山區為主，特殊的地理環境與地勢地貌為冷暖空氣交匯活動提供了條件，天氣情況復雜，強雷暴單體和雷暴群現象經常出現，造成雷電天氣過程極易發生。近50 年來，全省年平均雷暴日達51.6 d，屬多雷暴區。雷電災害是最嚴重的災害之一，雷電和其他災害天氣相比，具有時間分布的瞬時性、季節性和頻繁性，空間分布的廣泛性、分散性和局地性等特點，這樣就增加了雷電預報的準確性的難度。據近年來的不完全的雷擊數據顯示，貴州全省易受雷擊的場所（如建筑、園區等）因雷電引發的事故逐年增加，特別是高層建筑及弱電設施的雷災事故呈上升趨勢。隨著貴州省經濟的快速發展，對雷電預警業務服務的需求日趨豐富化、多元化，服務專業化，用戶對雷電產品的需求不再是進行雷電實況的監測。因此，充分利用大氣電場資料進行雷電的綜合預警符合社會對雷電預警產品的需求。

2 大氣電場儀探測原理

大氣電場儀是利用置于電場中的導體，其上產生感應電荷的原理進行電場測量的。當雷雨云內發生電荷積累時，地面電場值將發生變化。地面電場變化幅度值與云中帶電荷量的多少有關，因此，可以通過電場變化來反演云中電場變化，并可以通過電場閾值來對雷電的發生進行提前預警。在雷暴云中電荷分布與地面大氣電場分布的關系一般為：云底正電荷區對應地面是正電場，云底負電荷區對應地面是負電場[1]。貴州省目前安裝的是上海晨輝科技公司生產的大氣電場儀Prestorm 2.0，其主要性能指標如表1 所示。

表1 大氣電場儀主要性能指標

3 預警方法

地面電場值的變化與大氣電場儀與雷暴云的位置密切相關。實際的雷電監測預警中，因為要受到地形、建筑物等因素影響，所以大氣電場儀的探測范圍一般選取半徑15 km的預警范圍。雷暴云接近預警區域時，地面電場會出現明顯抖動，電場值會明顯加大并出現極性的改變，脈沖頻率變高。當電場值達到一定強度后，將有可能出現閃電。當進行閾值設定時應對探測到的地面電場值設定為多個等級的報警閾值，當探測值達到或超出設定閾值時發出預警[2]。一般設為三級雷暴預警閾值等級。

第一級閾值：當地面電場強度絕對值達到2 kV/m，發出第一級報警，表明在測站15 km 范圍內可能出現雷暴云活動。

第二級閾值：當地面電場強度絕對值達到4 kV/m，發出第二級報警，表明雷暴逐漸靠近測站，15 km 范圍內出現頻繁雷暴云活動。

第三級閾值：當地面電場強度絕對值達到6 kV/m，發出第三級報警，表明雷暴中心已移近測站，15 km 范圍內已出現閃電。貴州省氣象局按照GB/T 19001—2016《質量管理體系要求》建立觀測質量管理體系、識別和確定各項管理的過程及其相互作用，加以實施和保持，并持續改進。

4 個例分析

通過一次安順市西秀區典型雷電過程分析：根據貴州省閃電定位監測實況2020-01-06T14：50—19：20 雷電分布情況。整個雷電中過程西秀區共發生閃電465 次，以負地閃為主，如圖1 所示。根據西秀區大氣電場儀資料顯示，受強對流天氣影響，該時段地面電場變化如圖2 所示。

第一階段：15：00—15：14，地面電場在正極性方向脈動，其后馬上轉為負極性電場，電場值增大，表明雷暴靠近地面電場儀。

第二階段：由于雷暴云底部出現的電荷的不停積聚，地面感應電場不斷增大，達到擊穿電場，此時會出現閃電現象，在地面電場曲線上就表現為電場的驟變。15：16 開始出現第一次閃電，隨后地面電場抖動明顯，多個快變尖峰出現，這意味著在測站附近有大量雷電發生。

第三階段：19：00 以后，地面電場的波動慢慢變得平穩，這種現象說明帶電云層已經解散或消散，表示此次雷電過程結束。

圖1 西秀區2020-01-06T14：50—19：20 三維閃電資料實況

圖2 西秀區2020-01-06T14：50—19：20 大氣電場資料實況

5 結論

大氣電場儀的安裝、建設全省大氣電場監測網能夠填補貴州省雷電精細化預警的空白，減少雷電災害的發生，提升防雷減災的社會效益。需指出的是，僅利用單站大氣電場儀進行雷電監測預警會出現較高的虛警和漏報現象。通過大氣電場儀組網的方式，結合雷達、衛星、閃電定位儀等方式綜合監測預警，能提高雷電預警準確性，減少雷電對人民生命和財產的損害。