雷電的監(jiān)測(cè)和預(yù)警

雷電的監(jiān)測(cè)和預(yù)警雷電監(jiān)測(cè)原理雷電監(jiān)測(cè)是指利用閃電輻射的聲、光、電磁場(chǎng)特性來(lái)遙測(cè)閃電放電參數(shù)（時(shí)間、位置、強(qiáng)度、極性電荷、能量等。）云閃（IC）和地閃（CG）發(fā)生時(shí)輻射頻譜范圍極大地電磁場(chǎng)，地閃回?fù)糨椛潆姶挪ǖ墓β暑l譜密度峰值在（4-10）KHZ之間，云閃主要在1MHZ以上。在初始擊穿和通道建立過(guò)程中，主要產(chǎn)生甚高頻輻射LF和甚低頻輻射VLF，電磁輻射覆蓋整個(gè)放電過(guò)程，排除地面?zhèn)鲗?dǎo)率、電離層變化，以及地形變化等因素的影響，在不同的距離上采用不同的頻帶探測(cè)閃電過(guò)程是空間極軌衛(wèi)星和聲學(xué)傳感器進(jìn)行探測(cè)。局域的閃電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是由分布在不同地理位置的閃電探測(cè)探頭和一個(gè)定位監(jiān)控中心組成。閃電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，它覆蓋的區(qū)域范圍越大，信息傳輸?shù)募夹g(shù)和方式越先進(jìn)，定位精度就越高。從閃電監(jiān)測(cè)資料的應(yīng)用考慮，地閃監(jiān)測(cè)精度對(duì)于雷電防護(hù)非常重要，在云閃監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，根據(jù)雷暴過(guò)程的發(fā)展趨勢(shì)做出臨近預(yù)報(bào)。雷電定位雷電定位主要利用閃電回?fù)糨椛涞穆暋⒐?、電磁?chǎng)特性來(lái)遙測(cè)閃電回?fù)舴烹妳?shù)，確定雷擊點(diǎn)位置和相關(guān)參數(shù)。確定落雷點(diǎn)位置一般有三種方法：定向定位（DF）、時(shí)差定位（TOA）和近幾年發(fā)展的綜合利用DF和TOA的復(fù)合定位方法。定向定位是利用2個(gè)及以上探測(cè)站以正交環(huán)形磁場(chǎng)天線同側(cè)定落雷點(diǎn)，2個(gè)探測(cè)站獲得2個(gè)方位角，用球面三角交匯確定落雷點(diǎn)；時(shí)差定位又稱基于GPS同步的閃電三維時(shí)差定位技術(shù)，它通過(guò)檢測(cè)落雷點(diǎn)電磁波信號(hào)峰值到達(dá)探測(cè)站相對(duì)時(shí)間差，在球面上建立雙曲線3個(gè)探測(cè)站能產(chǎn)生2條雙曲線，其交點(diǎn)即為落雷點(diǎn)。此方法精度高，但當(dāng)監(jiān)測(cè)站小與3個(gè)時(shí)它卻無(wú)能為力。為了既保證定位精度又對(duì)與監(jiān)測(cè)站多少無(wú)限制，出現(xiàn)了時(shí)差磁方向綜合定位方法，其原理是2個(gè)測(cè)站時(shí)差確定1條曲線，任一站的磁方向給出1個(gè)磁場(chǎng)方向，交點(diǎn)決定落雷點(diǎn)。隨著微處理存貯技術(shù)以及GPS和數(shù)字處理技術(shù)DSP的發(fā)展，閃電定位也從單一采用定向法（DF）單站定位發(fā)展到采用定向和時(shí)間差（TOA）聯(lián)合法（MPACT）的多站定位，對(duì)地閃的定位精度有了很大提高，對(duì)甚高頻段閃電（云閃）的探測(cè)一般采用窄帶干涉儀定位法（ITF）或者三維時(shí)差法。當(dāng)探測(cè)站既能測(cè)量雷電方向角，又能測(cè)量雷電波到達(dá)時(shí)間稱為綜合定位系統(tǒng)，又稱閃電探測(cè)和測(cè)距系統(tǒng)（縮寫(xiě)為L(zhǎng)DAR）。采用雷電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，能夠準(zhǔn)確、及時(shí)、直觀地檢測(cè)到雷擊點(diǎn)，準(zhǔn)確有效地對(duì)雷電進(jìn)行定位、定性、定量。該系統(tǒng)是一個(gè)大面積、全自動(dòng)、實(shí)時(shí)性雷電監(jiān)測(cè)網(wǎng)，它由雷電探測(cè)站DTF）、中心處理

站(PA)、用戶終端站(NDS)和通訊網(wǎng)絡(luò)組成雷電探測(cè)站探測(cè)和處理雷電電磁波脈沖信號(hào)，并采用GPS技術(shù)對(duì)雷電脈沖進(jìn)行高精度(ns級(jí))時(shí)間標(biāo)定。中心處理站高速處理各探測(cè)站傳送的雷電原始信號(hào)，并將處理好的雷電信息立即發(fā)送給用戶終端站，用戶終端站根據(jù)擁有的地理信息系統(tǒng)(GIS)、電力系統(tǒng)觀測(cè)目標(biāo)數(shù)據(jù)庫(kù)(ODS)和雷電信息數(shù)據(jù)庫(kù)(LDB)，將雷電的發(fā)生、發(fā)展以及雷擊事故分析迅速展現(xiàn)在生產(chǎn)調(diào)度與分析人員面前，為雷電的監(jiān)測(cè)和防治提供高新技術(shù)手段。雷電監(jiān)測(cè)的意義開(kāi)展雷電監(jiān)測(cè)的意義是，通過(guò)建設(shè)全國(guó)雷電監(jiān)測(cè)網(wǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)雷電的發(fā)生、發(fā)展及消亡過(guò)程，提供雷電災(zāi)害預(yù)警信息，服務(wù)于雷電災(zāi)害的防護(hù)。通過(guò)統(tǒng)計(jì)我國(guó)雷電日、雷電密度分布圖，為我國(guó)雷電防護(hù)工程提供科學(xué)參數(shù)。雷電監(jiān)測(cè)的方法雷電的監(jiān)測(cè)方法主要有：目測(cè)、照相、電場(chǎng)儀、閃電計(jì)數(shù)器、光譜儀、脈沖電壓記錄儀、衛(wèi)星閃電探測(cè)器、聲探測(cè)器、雷達(dá)探測(cè)等下面簡(jiǎn)要介紹常用的一種：閃電的照相觀測(cè)方法由照相觀測(cè)可以測(cè)量閃電的時(shí)間、閃電的速度和閃電的結(jié)構(gòu)。早在19世紀(jì)后期，Hoffert(1889)就利用照相攝影方法觀測(cè)閃擊，他將照相機(jī)作水平快速移動(dòng)，獲取閃電照片，觀測(cè)閃電變化情況，發(fā)現(xiàn)閃擊是有分枝的，并且閃擊之間有連續(xù)發(fā)光存在。并測(cè)量?jī)砷W擊的時(shí)間間隔為1/5?1/10秒，這個(gè)時(shí)間顯然是過(guò)大了。到20世紀(jì)初，法國(guó)Walter(1902~1918)利用一由鐘控制的可移動(dòng)照相機(jī)，他精確地測(cè)出了閃擊之間的時(shí)間，并拍攝了第一次閃擊之先導(dǎo)，并觀測(cè)到第一次閃擊是向下分枝的，但是他沒(méi)有發(fā)現(xiàn)先導(dǎo)是梯級(jí)的。同時(shí)，美國(guó)Larsen(1905)也進(jìn)行了類似的閃電觀測(cè)，測(cè)量了閃擊之間的時(shí)間，并記錄到一次由40次閃擊組成的閃電，但是分不清箭式先導(dǎo)閃電的高速旋轉(zhuǎn)照相法直至1926年博尹斯(Boys)設(shè)計(jì)的一種旋轉(zhuǎn)式相機(jī)，后來(lái)稱之Boys相機(jī)，如圖在一旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)鏡頭135其結(jié)構(gòu)是將兩個(gè)照相機(jī)的鏡頭分別安裝的一條直徑的兩端，鏡頭隨圓盤(pán)高速旋轉(zhuǎn)當(dāng)觀測(cè)閃電時(shí)，閃電成像P在一旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)鏡頭135其結(jié)構(gòu)是將兩個(gè)照相機(jī)的鏡頭分別安裝的一條直徑的兩端，鏡頭隨圓盤(pán)高速旋轉(zhuǎn)當(dāng)觀測(cè)閃電時(shí)，閃電成像P于兩鏡頭后面的靜止底片上，由于圓盤(pán)快速旋轉(zhuǎn)，兩鏡頭各向相反的方向移動(dòng)，由于鏡頭的高速移動(dòng)，閃電光不是同時(shí)到達(dá)底片上，使得照相底片上感光的閃光發(fā)生畸變，但是這畸變方向是以直徑為對(duì)稱的，鏡頭的旋轉(zhuǎn)速度是已知的，所以通過(guò)將兩幅圖的比較分析，及一系列處理后，就可以推斷出閃電的方向和速度;

從而得到閃并且可以判斷閃電發(fā)展的連續(xù)相位,電的結(jié)構(gòu)和發(fā)展過(guò)程。如圖9.1c中，假定一個(gè)鏡頭垂直地位于另一個(gè)之上靜止觀測(cè)，則得到一個(gè)向下伸展的閃電放電圖像；而當(dāng)兩鏡頭以相反方向快速移動(dòng)時(shí)，就會(huì)形成如圖所示的兩幅圖，對(duì)于止方鏡頭，其閃光成像向右移，對(duì)于下方鏡頭的閃光成像向左移。為精確測(cè)量這些位移，在圖中畫(huà)直線q-s-p，然后將照片的兩部分畫(huà)成如圖那樣的排列，并使通過(guò)直線的q-s-p相應(yīng)部分彼此平行，測(cè)出位移a?b(圖9.1b)和p?q，并將p?q減去a?b，得它們之差，然后除以鏡頭運(yùn)動(dòng)的速度的2倍，就得閃光由a到p的實(shí)際時(shí)間。由此可以畫(huà)一張閃電發(fā)展的時(shí)間表。博尹斯相相的時(shí)間分辨率可以達(dá)到微秒量級(jí)，利用該相機(jī)成功地獲取了大量地閃結(jié)構(gòu)的照片。由于該相機(jī)獲取的閃電照片結(jié)構(gòu)呈波紋狀，所以時(shí)常將這種相機(jī)稱為波紋狀相機(jī)。至1929年博尹斯又對(duì)他的相機(jī)作了進(jìn)一步的改進(jìn)，如圖9.2，并且可以判斷閃電發(fā)展的連續(xù)相位,電的結(jié)構(gòu)圖9衛(wèi)具有移動(dòng)的膠片和固定的光學(xué)系統(tǒng)的湖機(jī) 他將轉(zhuǎn)動(dòng)相機(jī)鏡頭改為兩鏡頭固定不動(dòng)，而照相底片作快速旋轉(zhuǎn)。這有利于提高觀測(cè)的穩(wěn)定性，同時(shí)提高觀測(cè)的精度。大氣電場(chǎng)監(jiān)測(cè)與雷電預(yù)警系統(tǒng)(NetStormManager2.0)

區(qū)域有擊概平皆.析.預(yù)警闈國(guó)分析t事過(guò)程分切也,曲，分折Tqs92eo數(shù)據(jù)&?Jt區(qū)域有擊概平皆.析.預(yù)警闈國(guó)分析t事過(guò)程分切也,曲，分折Tqs92eo數(shù)據(jù)&?Jt電流枝蒯舟電定位雖示雷達(dá)圍囊示網(wǎng)格陌簇警顯示數(shù)據(jù)分新數(shù)據(jù)查詢居史國(guó)披實(shí)時(shí)監(jiān)耘用戶疊帝HTBSer-vice子系蜿(B/S)數(shù)據(jù)園放與綠合分析子系統(tǒng)(C/S)?Ne^sttjitnManager2A)的主界面雷電的預(yù)警:*.: .《氣象災(zāi)頃警信號(hào)及.防御指南》中將雷電預(yù)警信號(hào)分三級(jí)，分別以黃色、橙色、紅色表示。'!：：?'「.雷電色預(yù)警信號(hào)???"「""?'.?標(biāo)準(zhǔn)：：6項(xiàng)時(shí)內(nèi)可能發(fā)生雷電活防御指南.："..， “..艾?政'府及相關(guān)部門(mén)按照職責(zé)做好防雷工作；?盡量避免戶外活動(dòng)。雷電橙色預(yù)警信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)：2小時(shí)內(nèi)發(fā)生雷電活動(dòng)的可能性很大，或者已經(jīng)受雷電活動(dòng)影響，且]■?.LT0J,hl

LH>，可能會(huì)造成雷電災(zāi)害事故。Lh <■'* 嗜 RWF*■AM… Bl可能持續(xù)，出現(xiàn)雷電災(zāi)害事故的可能性比較大。防御指南：?政府及相關(guān)部門(mén)按照職責(zé)落實(shí)防雷應(yīng)急措施；?人員應(yīng)當(dāng)留在室內(nèi)，并關(guān)好門(mén)窗；?戶外人員應(yīng)當(dāng)躲入有防雷設(shè)施的建筑物或者汽車(chē)內(nèi)；?切斷危險(xiǎn)電源，不要在樹(shù)下、電桿下、塔吊下避雨；?在空曠場(chǎng)地不要打傘，不要把農(nóng)具、羽毛球拍、高爾夫球桿等扛在肩上。雷電紅色預(yù)警信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)：2小時(shí)內(nèi)發(fā)生雷電活動(dòng)的可能性非常大，或者已經(jīng)有強(qiáng)烈的雷電活動(dòng)發(fā)生，且可能持續(xù)，出現(xiàn)雷電災(zāi)害事故的可能性非常大。防御指南：?政府及相關(guān)部門(mén)按照職責(zé)做好防雷應(yīng)急搶險(xiǎn)工作；?人員應(yīng)盡量躲入有防雷設(shè)施的建筑物或者汽車(chē)內(nèi)，并關(guān)好門(mén)窗；?Net-stotinManager2.()的款^件架構(gòu)圖k■t墻11國(guó)格化預(yù)*ft預(yù)奉撞.眼務(wù)預(yù)警服務(wù)5LJtt點(diǎn)監(jiān)測(cè)子系貌頊警子系統(tǒng)配卷管理于系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)［Oracle、S0L等]富也登回洼哦器庫(kù)國(guó)電定位4t振峰至也潴敏據(jù)庫(kù)t電就真據(jù)年?切勿接觸天線、水管、鐵絲網(wǎng)、金屬門(mén)窗、建筑物外墻，遠(yuǎn)離電線等帶電設(shè)備和其他類似金屬裝置；?盡量不要使用無(wú)防雷裝置或者防雷裝置不完備的電視、電話等。雷電+預(yù)警技術(shù)在電網(wǎng)領(lǐng)域首次試點(diǎn)應(yīng)用7月26日，江蘇電網(wǎng)公司雷電預(yù)警監(jiān)測(cè)站投入運(yùn)行，標(biāo)志著雷電預(yù)警技術(shù)在我國(guó)電網(wǎng)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)首次試點(diǎn)應(yīng)用，填補(bǔ)了雷電預(yù)警技術(shù)在電網(wǎng)領(lǐng)域的應(yīng)用空白。項(xiàng)目的建成為實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)雷害的主動(dòng)性防御提供技術(shù)參數(shù)，幫助檢修人員提前做好應(yīng)急搶修準(zhǔn)備，降低雷害損失，對(duì)保障堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重大意義。武漢南瑞自主研發(fā)的集監(jiān)測(cè)、通訊及GPS等功能為一體，具有全天候野外連續(xù)運(yùn)行、功耗低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單及外觀新穎等特點(diǎn)的雷電預(yù)警監(jiān)測(cè)站，