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全国防灾减灾日科普宣传——【图解】雷电来了怎么办

捕捉雷电的能手——雷电定位探测仪

雷电定位探测仪的由来
  炎热的夏季又来临时,雷雨天气就会出现。
  随着天空乌云翻滚,
  雷声隆隆,大雨倾盆,
  雷电灾害成为严重的自然灾害。
  当代科学技术的发展,特别是通信技术和计算机网络通信技术在各个领域中的广泛应用,当装有计算机与各种电器的楼群、房舍遭到雷击时,往往会击毁联网的计算机和电器设备,给用户造成很大损失。雷击对人员的生命安全也时常构成威胁,每年雷雨季节里都会发生人畜遭雷击伤亡的事故。由雷击引发的森林火灾也经常发生。
  人类在与雷击灾害的抗争中,对避雷装置、防雷技术要求越来越高,对雷电天气的预报、预警要求也越来越迫切。提前与适时监测雷电出现的位置、地点、强度和其他闪电参量等数据,像预报其他气象要素一样为广大群众预报雷电天气,成为气象科技工作者的一项新任务。为此,一种监测雷电灾害的新设备——雷电定位探测仪应运而生。气象部门用它对雷电进行监测,它是继气象卫星、天气雷达探测工具后,开发研制出来的一种新的探测工具。目前气象科技工作者已经在天气预报中把雷电监测数据资料和其他常规气象要素结合使用,向社会提供雷电天气预报、预警等多种服务。
  雷电定位探测仪工作原理
  目前,国产的雷电定位探测仪从外观上看就像一个白色大蘑菇,这是为了防御仪器在野外被风吹日晒、灰尘入侵,给它罩上了一个密闭的外壳,内部安装着雷电探测仪器。牢固架设后就可以防御大风,正常工作了。
  雷电定位探测仪是如何捕捉雷电的呢?要弄清这个问题首先要明白大气云中带电的结构。夏天雷鸣电闪乌云翻滚,此时云中闪电发射出各种频率的电磁波,雷雨云中的电磁波通常是低频率的。雷电定位探测仪就是利用接收闪电电磁波回击放电特征,进行遥测闪电放电参数的原理和方法,达到给雷电活动定位的目的。在遥测手段上可分为声学、光学和电磁场三种,其中以电磁场脉冲探测应用最广泛。在探测站点布设方式上通常以单站雷电定位探测仪和多站雷电定位探测仪定位两种方法来监测雷电。

多站雷电定位探测仪工作原理运行图
  单站雷电定位探测仪是用交叉环行天线雷电定向仪来确定雷电方向,并测量雷电云的电磁波以确定其距离。因其有一定的局限性,目前我国使用较多的是多站雷电定位探测仪。在需要监测范围内设置3~4个雷电定位探测仪组成一个雷电探测网。各站彼此相距几十至几百公里,以省级站或某一站进行中心数据定位处理称为主站主站能够接收和处理各探测子站的探测数据和工作状况,以完成对探测数据的校检处理及传送等任务。通过在下属地域气象站架设的各子站之间同步无线电通信联络设备,在相同时间对同一雷电进行统一步调的观测。每个子站装备的雷电定向仪,可单独确定雷电活动所在的方向和位置。为了避免当雷电出现在两子站连线方向无法定位的误差,多采用3站以上的雷电定位探测仪构成一个探测区域。利用GPS同步技术,各子站均配有时间统一装置,以计算机作为数据处理终端,中心站接收到各子站发送来的配有时间信息的雷电数据,对各子站发生时刻不超过3毫秒即视为同一雷电,以保证各子站可以实时或分时向中心站传送数据。
  当监测有雷雨出现时,各子站首先接收到雷电数据后,被传输到主站先判别是否来自同一闪电。若同时有三站以上数据,则用多站汇交优化算法确定闪电的初始位置,再根据相关物理公式迅速计算测量闪电发生的精确位置。所取得的闪电信号资料在计算机屏幕上的显示就像是一个雷达监测屏,其中显示有闪电方位、距离标尺,气象工作人员掌握雷电监测信息十分方便。
  雷电定位探测系统的广泛用途
  目前雷电定位探测仪均达到全天无人值守自动监测雷电的功能,具有实时自动连续监测雷电发生的时间、方位和距离,并能详细提供雷暴日中雷电密度、电荷强度,正、负雷电百分比等信息,还可根据需要制作雷电随时间分布图,分时和累计时间电荷定位数量图形,得到雷电活动轨迹和演变动态。
  应用它能对强对流天气进行监测除可给短时天气预报提供参考、发布临近雷电预报及为雷电风暴研究提供数据资料外,它在其他领域也有着广泛的应用。
  应用于人工影响天气工作
  在飞机增雨作业时,雷电定位探测系统可以方便地探测到雷电的位置,判断出云雨的性质,发生发展变化特性等,保障飞机安全飞行;在高炮防雹作业中,由于冰雹云属于强对流云系,伴有很强的雷电,利用它探测冰雹云等于增添了一双“眼睛”,使得地面高炮射击冰雹云时更具有针对性和准确性,为减少或消除冰雹对农作物的损害提供保障。
  雷电定位探测系统对工程规划选址还能起到决策参考作用。当某一大型电力工程选址时,可以根据它所监测收集的当地雷电活动规律的资料和统计数据,提供优选建议,把所建工程位置设计选择在雷电发生次数少、强度低的地方。以避开雷电易发区,减少雷电灾害袭击。
  另外,电力电信部门使用了雷电定位探测系统可以实时监测管辖区域内电网及通讯设备上空雷电活动情况以便全面掌握雷击灾害出事地点,进行及时抢修,排除线路故障,维护电信网络的畅通。
  与气象卫星云图相结合,雷电定位探测系统可以起到警戒森林火灾的卫士作用。森林面积广阔,一旦雷击天气出现后,依据雷电监测信号和数据资料,密切关注森林和地面植被有无火险情况,及早发现及早扑救。

 

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信息录入:气象    责任编辑:程暑炜
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