大气电场仪在雷电预警中的应用

为了提高雷电预警和雷电防护技术服务,有效地探测雷电的发生、发展,利用大气电场仪,实时获取雷电的发生、发展观测数据,结合雷达、闪电定位、卫星等其他观测资料,追踪出雷电的移动轨迹和电场强度变化,按指数趋势对未来趋势进行系统分析,形成特定区域的雷电短时预警,避免和减轻雷电可能造成的灾害和损失。     

利用地面大气电场监测实现雷电预警

地面平均大气电场仪通过监测地面附近一定范围内的大气电场,间接实现了对云层中,特别是雷暴云中的带电状况实时监测.以2008年的5月发生在西安泾河的三次雷电天气过程为例.结合闪电定位实时监测资料和雷达回波产品进行分析.结果表明:大气电场监测资料与地闪定位监测实况、雷达回波产品结合,能够有效监测发生在探测点周围局地对流的发生、发展、成熟、减弱不同阶段特征,实现对雷电灾害的短时预警.     

基于大气电场的雷电监测预警方法

利用大气电场强度数据设计了一种雷电监测预警方法,并对江西省南昌县2020年8月的一次雷电过程进行预测。首先对大气电场仪采集的电场数据进行去噪处理和缺失填补,然后利用经验模态分解法分解大气电场数据,得到大气电场数据的幅值和频率的分布特征,运用多元回归模型构建雷电预警模型,预测未来一段时间内的大气电场强度值。参考大气电场强度等级划分表,开展雷电监测预警。结果表明,运用模型预测的大气电场强度结果与实况之间的可决系数均在0.9以上,即大气电场强度预测结果与实况较为接近,该监测预警方法具有一定的可行性。     

基于大气电场的雷电监测预警技术研究

通过安装于海口永庄地面观测站内的AMEO340大气电场仪监测到的2011年度大气电场资料,并结合闪电定位、多普勒雷达资料,重点研究小范围区域(监测点中心2km区域)内过顶雷暴天气大气电场特征,寻找雷暴发生时大气电场强度的预警阈值以及预警时间值,为今后针对高尔夫、油库等小范围区域开展雷电预警专项服务打下基础。     

大气电场资料在黑龙江雷电监测预警中的应用

文章利用大气电场仪资料,结合常规气象资料、黑龙江省闪电定位系统监测资料和雷达资料分析了哈尔滨市2014年5月18日的一次雷暴天气过程。结果表明:这次由午后强对流活动引发的雷暴过程分布不均,具有局地性、突发性。负地闪所占比例较高,平均雷电流强度为中等,其中首次地闪的雷电流强度最大;大气电场能够较好地反映带电云的产生、聚集、消亡过程;此次雷暴过程中大气电场仪曲线在雷暴发生前15min剧烈快变抖动,对雷电监测预警具有明显的指示作用。大气电场仪资料结合雷达资料和闪电定位仪资料能够提高雷电预报的准确率。     

电场时序差分在雷电预警中的有效性分析

目前国内应用地面大气电场仪进行雷电预警一般使用阈值法,这一方法直接使用电场观测值的多重阈值来进行预警,在实际应用中容易出现误报和漏报的现象.本文通过对晴天大气电场和雷暴天气大气电场分析了大气电场时序差分的基本特征,并结合SAFIR3000闪电定位观测数据,对典型雷暴过程下的电场时序差分进行了深入分析.本文还选取了有雷暴发生和无雷暴发生的预警应用个例进行了分析,分析结果表明电场时序差分的应用能在一定程度上提高雷电预警的效率.     

地面电场资料在雷电预警技术中的应用

论述利用地面电场仪的探测资料对雷电预警预报的技术方法，以大气电场测量为基础，利用地面电场仪的组网，实现自动、连续、实时监测雷雨云中强雷电活动中心在地面产生的电场强度、极性以及闪电数等，提供监测范围内雷暴强电荷活动中心的发生发展演变特征和整个雷暴过程中雷电活动位置和发展信息。同时结合闪电定位系统的观测，为雷电的监测和预报提供更充分的信息。     

大气电场仪在雷电监测预警中的应用

1引言电场探测一般采用导体在电场中产生感应电荷的原理。从探测的对象上可分为地面大气电场探测、空中电场探测及空间电场探测。现阶段主要是对地面大气电场进行探测,从而监测被探测地区上空雷雨云的整个过程（起电过程、电荷积累程度和消散过程）。     

基于大气电场资料的雷电临近预警研究

通过分析深圳地区2012年6—9月17次雷暴过程的电场观测资料,并结合广东省闪电定位资料,发现当雷暴云移近电场仪测站时,在测站的防护区内(距测站10 km半径范围内),闪电发生前的电场幅值快速增加且伴随有快变抖动的现象,并且快变抖动和闪电的发生具有0-1化对应关系,即当有电场的快变抖动出现的情况下,电场达到一定阈值并维持一段时间后,防护区内发生闪电的可能性很大.因此根据大气电场的波形特征,提取出与闪电相关性较高的因子,利用多元回归技术建立一套预报方程,根据该预报方程得出最佳预警参数.结果表明:当大气电场阈值达到0.86 kV/m,且在10.73 min内电场能维持在阈值上,并伴随有电场的抖动时,在防护区内发生闪电的可能性很大,预警准确率达53%.     

基于地面电场资料的雷暴临近预报研究

利用总体平均经验模态分解算法(EEMD),对南京地区2010—2011年6—8月近地面大气电场资料进行分析,研究了晴天、弱雷暴和强雷暴天气条件下大气电场的振荡特征。在单站电场仪观测范围内,以晴天大气为背景场,根据固有模态函数(IMF)方差最大值对应层数的动态特性,建立并验证了两种强度的雷暴临近预报模型。结果表明:弱雷暴发生前IMF方差最大值对应层数跳变幅度较平稳,而强雷暴跳变幅度逐渐加剧。对IMF方差最大值对应层数进行三次样条插值,可直观地表征雷暴发生发展过程,延长预报时间至1 h。利用这些特征对92个独立样本进行预报效果检验,预报的准确率为73.3%,虚警率为14.5%。     

小波分析在雷击大气电场波形去噪分析中的应用

雷击时大气电场信号中混杂的噪声信号影响对真实大气电场信号的分析、提取和使用。文中通过计算仿真信号和去噪前后真实电场信号的均方误差,分析选取不同的小波函数、阈值法和小波分解层数对去噪效果产生的影响。考虑雷击时大气电场信号的信噪比,选用sym5小波和db5小波与minimaxi和rigrsure阈值法结合,且对小波的分解层数选用6~7层,进行大气电场波形的去噪处理,其去噪效果比较理想。最后,将该方法用于实际雷击大气电场波形数据的去噪处理,对雷击时电场波形的突变性检测中,在20个样本中有14个在首次雷击前1.5~2 h具有突变过程,占70%,这为将大气电场仪资料引入其他气象参数预报模型提供了切入点。     

山西省中北部地区近地面晴天大气电场特征及其与污染物的关系

对2013—2015年山西省大气电场监测系统8个观测站点的观测数据进行了统计分析。着重分析了山西省中北部地区近地面晴天大气电场的时间变化特征,以及大气电场与SO2、NO2、PM10、PM2.5浓度的相关性。结果表明:8个站的日变化均为双峰双谷型,具有典型的大陆型大气电场特征。第一个波谷均出现在04:00—06:00(北京时,下同),第二个波谷出现在12:00—16:00,下午的波谷略低于早晨;第一个波峰出现在07:00—10:00,第二个波峰出现在19:00—21:00,傍晚的值略低于上午。日变化与太阳对地面的辐射和人类活动保持较好的一致。8个站的大气电场年变化为单峰单谷型,波谷出现在夏季,波峰出现在冬季,春季和夏季、夏季和秋季的交界明显,秋季和冬季、冬季和春季的交界不明显。晴天大气电场的变化与大气中SO_2、PM_(2.5)的浓度有较好的一致性,呈正相关,与NO_2、PM_(10)的相关性较差或不相关。     

欧亚大陆晴天大气电场变化特征统计分析

对欧亚大陆中纬度陆地9个晴天大气电场观测站点的观测数据进行了分析。结果表明:欧亚大陆中纬度陆地9个站点晴天大气电场强度的日变化主要成单峰单谷和双峰双谷两种波形。各站点的晴天大气电场强度季节变化也较为明显:冬季晴天大气电场强度值较大,夏季晴天大气电场强度值较小。晴天大气电场强度值的日变化总体上与大气电导率呈负相关,与爱根核浓度、绝对湿度呈正相关,并且温度梯度也对其有一定的影响。     

青岛地区电场仪资料在一次雷暴天气过程中的应用分析

利用大气电场仪资料,结合天气实况、天气雷达和闪电定位仪等资料,对2013年7月1日青岛地区一次雷暴天气过程进行了综合分析。结果表明,当地面电场强度曲线在几十到几百毫秒量级内发生极性反转,变化幅度在2 kV/m以上,且完成后电场值会迅速回到极性反转前的电场值附近时,可以判断为发生了一次地闪。单站电场强度曲线可以反映出雷暴云与测站间距离的变化,闪电发生前电场强度的增加可为雷电预警提供时间。大气电场仪组网监测资料可以对雷暴云的移动路径做出判断。综合分析大气电场仪组网数据、天气雷达以及闪电定位资料等多源资料,可以更好地判断雷暴云的活动状况,提高雷电的预警准确率和时间提前量。     

雷电过程中大气电场信号处理方法探究

基于天津市蓟州区大气电场探测数据和闪电定位数据,利用功率谱分析、小波降噪和快速傅里叶变换等信号处理方法,分析了雷电天气过程中地面大气电场变化特征。结果表明,雷电过程中大气电场能量主要集中在低频部分,利用sym5小波函数进行7层或8层分解,提取的低频信号能够反映大气电场的主要变化特征。在首次闪电发生前1小时,大气电场的频谱幅值起伏变化明显,且远高于非雷电天气电场频谱幅值。通过欧氏距离判别法,判断大气电场频谱特征更接近雷电天气还是非雷电天气,可为雷电预报预警提供参考。     

闪电发生的环境场特征及闪电活动的预报

利用2006—2015年6—8月章丘探空站逐日探空资料,计算了K指数、抬升指数、对流稳定度指数等6个环境参数,探讨了单个环境参数和多个环境参数组合与闪电活动的关系。结果表明：1）单个环境参数在一定数值范围内可作为闪电活动预报的指标,且较强的闪电活动更容易由大气的不稳定状态来预报;2）多个环境参数的组合可在一定程度上反映闪电活动的特征,闪电出现的概率随着达到大气不稳定临界值物理量参数个数的增多而增大,预报效果比单个参数更好;3）应用事件概率回归方法建立了闪电概率潜势预报方程,方程通过了α=0.01的显著性水平检验,通过检验和评估,闪电概率预报的TS评分达到78%,该方法的建立为闪电潜势预报提供了参考依据。     

粵港澳闪电定位系统对高建筑物雷电的探测

利用安装于广州塔塔顶500 m的大气电场仪（简称电场）数据、广州双偏振雷达资料、粤港澳闪电定位系统数据和ERA5再分析资料等数据,对比分析了2020年8月15日和9月23日广州两次雷暴天气过程的地闪活动特征以及地闪活动与电场变化特征的关系。结果表明：由局地热力不稳定引起的“局地性雷暴”地闪频次低、伴随弱降水,而由中尺度系统引发的“系统性雷暴”地闪频次高、伴随短时强降水。两次过程的地闪频次和电场变化呈双峰分布,地闪爆发时电场变化显著,频域能量达到峰值。“系统性雷暴”的消亡阶段电场在正负极之间大幅度缓慢波动,呈现阻尼振荡（End Of Storm-Oscillation,EOSO）特征,而“局地性雷暴”消亡时电场未出现此特征。时域下电场剧烈变化和频域能量明显提高时,意味着雷暴云团正在靠近或附近有闪电发生;电场频域能量迅速减小且集中于低频段,表明雷暴正在消亡或远离测站。电场的时频特征对雷暴的生消具有指示性作用,为电场数据与其他资料融合应用于雷电风险预警予以参考。