[發明專利]基于大氣電場的雷電短臨局地預警方法

有效

• 申請號: 201810558517.0
• 申請日: 2018-06-01
• 公開（公告）號: CN108711266B
• 公開（公告）日: 2019-05-07
• 發明（設計）人: 靳小兵;卜俊偉;張亮;詹兆渝;紀奎秀;孫蕊;羅玉;馬艷軍;巫俊威;周威;張遠洋;劉暢;楊了
• 申請（專利權）人: 四川省氣候中心;四川省氣象探測數據中心;四川省氣象臺;四川省防雷中心
• 主分類號: G08B21/10
• 分類號: G08B21/10
• 代理公司: 成都虹橋專利事務所(普通合伙) 51124
• 代理人: 陳立志

本發明涉及雷電預警領域，公開了一種基于大氣電場的雷電短臨局地預警方法，用以提高雷電預警準確率，降低漏報率。本發明通過收集待預警地區一段時間內的雷電監測網和大氣電場儀同步觀測資料，并對收集到的資料進行質量訂；從樣本集中篩選出典型雷電天氣案例，并對進行時序差分，得到各案例對應的差分閾值；通過統計分析，得出待預警地區發生雷電的大氣電場強度閾值和大氣電場一段時間隨時間變化率閾值；利用測試集對大氣電場強度閾值和大氣電場隨時間變化率閾值進行測試，測試合格之后以大氣電場強度閾值和大氣電場隨時間變化率閾值作為預警指標，對待預警地區進行雷電短臨局地預警。本發明適用于成都平原地區進行短臨時雷電預警。

技術領域

本發明涉及雷電預警領域，特別涉及基于大氣電場的雷電短臨局地預警方法。

背景技術

目前國內外對于雷電預警一般采用兩種方法：

1、閃電定位儀方法：

通過組網閃電定位儀實現對雷電實時監測，根據實際發生的雷電落點及雷達、風場資料確定未來雷電可能的落區和發生的概率。此方法缺陷在于依據雷電監測實況來判斷未來雷電活動趨勢預警時效滯后，且依賴于閃電定位儀探測效率和探測精度，一般雷電探測效率應>70％，探測精度＜3km。然而四川省雷電監測網建設時間為2005年，實際探測效率已經＜50％，探測精度＞5km。由于此種方法在預警時效性和準確性上對雷電監測網探測效率和精度依賴太高，具有較大缺陷，雷電預警漏報率太高，且沒有提前時效。

2、大氣電場閾值方法：

該方法是通過在某一雷電預警需求點上安裝一臺大氣電場儀，測量各種天氣條件下近地面大氣垂直靜電場強度、極性連續變化，同時可以探測周邊帶電云團和雷電放電所引起的電場變化，通過設置大氣電場閾值來達到預警。此種方法需要先對該地區大氣電場儀背景值進行研究，再設置雷電來臨前或閃電發生時大氣電場的異常變化大氣電場閾值。前期研究表明，成都平原地區雷電預警閾值為±2～5kV/m，對一定范圍內未來0-數十分鐘以內即將發生的雷電進行預警。雖然此方法僅與儀器工作狀態有關，資料缺漏情況較少，但存在以下三點缺陷：

(1)在雷暴云接近大氣電場儀或雷電發生時，基于靜電學基本原理，帶電云團或雷電將會引起大氣電場值出現偏離晴天大氣變化規律的異常變化，用高斯公式表達如下：

E_r＝Q/(4πεr³)

從上述公式可以看出大氣電場強度隨雷電或帶電云團引起的電場強度與大氣電場儀距離帶電云團或雷電呈距離r衰減，因此電場儀對雷電或帶電云團預警范圍不可能太大，因此電場資料有效范圍為大氣電場儀所在位置半徑10-20km以內。目前利用大氣電場對雷電預警除本人外均未考慮距離衰減因子作用。

(2)根據2013年-目前四川省雷電定位資料和四川省大氣電場觀測資料檢驗，已經發現利用四川在有大氣電場儀布點的有效區域內，利用大氣電場對雷電作出預警提前時間最多為10分鐘。因此利用大氣電場儀真實預警時間遠低于廠家說明書中的數十分鐘。

(3)成都平原地區當云-地間靜電場強達到某一閾值將會產生擊穿而形成閃電，這時電場強度變化將會呈大幅震蕩抖動。但根據大氣電學理論E_r＝f(Q，ε，r，ΔE/ΔT)，E_r擊穿電場閾值與空氣介電常數e、探測點與閃電位置距離r、帶電云團電荷量Q和電場強度變化率ΔE/ΔT有關，放電位置距離電場儀較近時，還應考慮帶電云高度H。

目前所有廠家在設置預警閾值時均未考慮電場強度變化率ΔE/ΔT造成利用大氣電場預警雷電虛警率高、準確率低，不能通過檢驗，至今未能正式進入氣象雷電預警業務。