黑河数字化水温仪受强雷暴干扰的研究

孟令升，孟令蕾，石 伟，曹 雷（.碾子山地震台，黑龙江 齐齐哈尔 6000；.哈尔滨市防震减灾技术中心，黑龙江 哈尔滨 500；.黑龙江省地震局，黑龙江 哈尔滨 50090；.黑河地震台，黑龙江 黑河 600）

黑河数字化水温仪受强雷暴干扰的研究

孟令升1，孟令蕾2，石 伟3，曹 雷4
（1.碾子山地震台，黑龙江 齐齐哈尔 161000；2.哈尔滨市防震减灾技术中心，黑龙江 哈尔滨 150021；3.黑龙江省地震局，黑龙江 哈尔滨 150090；4.黑河地震台，黑龙江 黑河 164300）

目前地震监测仪器已经进入到数字化时代，而数字化仪器很容易受雷电等因素的干扰，造成数据的畸变。黑河台数字水温仪数据波形出现了明显的畸变，但很快恢复到正常动态范围，针对此现象做了跟踪分析处理，认为是由数字化水温仪器受强雷暴干扰所致。借此希望为识别和排除地震前兆异常提供借鉴经验。

数字化；雷暴；干扰

0 引言

地震监测仪器设备自“九五”项目开始，从模拟观测时代进入了数字观测时代，数字观测仪器的观测数据也随之而来的受到了很多因素的影响。如电子元器件、供电线路、雷电等都会对仪器的稳定性产生较大影响[1]。而前兆观测中的仪器干扰因素不剔除，会影响数据的使用。分析预报人员一旦发现了观测资料出现异常，如果没有能够及时发现是其他干扰所致的前兆异常，就会产生误判。笔者在分析使用黑河地震台流体资料时，发现了水温数字化仪器的数据畸变现象，经过反复的核实求证，认为黑河台数字化水温仪观测的数据畸变是受雷暴干扰引起的，借此希望为今后的数字化前兆观测数据的异常排除积累经验。

1 黑河地震台基本情况

黑河地震台位于黑河市五道豁洛，黑河市城西4.5km，距黑呼公路1.5km处。黑河地震台流体观测井在黑河地震台院内，位于大兴安岭海西期褶皱带阿里山—爱辉复背斜的爱辉褶皱束的北东端。黑河地区山丘起伏连绵，河流纵横交错，小兴安岭犹如一道绿色的屏障自西北向东南贯穿全市，使地势呈现出中部高、两侧低，北部高、南部低的特点。

（1）黑河井2007年正式投入观测，观测层属海西期黑云斜长花岗岩，岩石坚硬新鲜，出露完整性好。观测井井深200.5m，属花岗岩裂隙水，水井的物理和化学性质满足地下流体观测井要求（图1），周围没有大的干扰，观测环境良好，数据产出质量相对稳定，总体运行情况很好，水位可以较清晰记录到固体潮。水位探头投放位置为8.5m，水温探头投放位置为190m（图2）。水温观测采用SZW-1A型数字式温度计，仪器性能如下：采样率为分钟值，分辨率为0.0001℃，短期稳定性：短期漂移小于0.0001℃/日，长期稳定性：长期漂移小于0.01℃/年。

图1 黑河观测井柱状图Fig.1 Histogram of Heihe observation well

图2 黑河井流体观测示意图Fig.2 Schematic diagram of the well fluid observation in Heihe

（2）黑河地震台供电系统（图3），采用市电380V，通过铠装电缆 180 m埋地0.4m引入配电室，变压220V，再经过铠装电缆15m埋地0.2m接入机房UPS；再通过铠装电缆接入仪器室，提供各设备用电。

图3 黑河地震台供电系统示意图Fig.3 Schematic diagram of power supply system at Heihe Seismic Station

防雷地网采用镀锌管、条桩柱结构连接,埋深0.6m，设避雷针两处（图4）。

图4 黑河地震台防雷布局图[4]Fig.4 Layout of lightning protection at Heihe Seismic Station

2 雷暴干扰特征分析

黑河台的水温数据年动态稳定，年变幅≤0.05℃（图5）。但在2016年10月16日19时开始出现趋势性上升（图6），从7.4438℃上升至7.5466℃，上升幅度为0.1028℃，一线工作人员当天就发现了此次水温的显著变化趋势，密切跟踪。

2016年10月17日7时水温开始下降，到10月18日11时下降到7.4518℃，基本恢复到10月16日19时前的正常水平，持续时长约40小时。

在此期间，黑河地震台附近的天气情况：2016年10月16日气温0～5℃，小雨，伴有雷暴；10月17日气温-3～3℃，雨夹雪；10月18日气温-7～1℃，小雪。即在16日16时开始，黑河地震台附近的气象资料显示气压降低，气温降低，并有雷雨出现，且有雷暴伴生。以此印证了水温受此天气变化而出现的畸变现象（图7）。

图5 黑河水温日均值曲线Fig.5 The daily mean value curve of water temperature in Heihe

图6 黑河水温分钟值曲线Fig.6 The minute value curve of water temperature in Heihe

图7 黑河水位与水温对比曲线图Fig.7 Comparison curves of water level and water temperature in Heihe

通过对黑河台水位数据分析，同井水位变化做了对比，水位数据能看到明显的潮汐现象（图7），2016年10月16日到10月18日只变化了2cm，变化幅度很小，符合该井水位的动态范围，且井水位的正常变化动态不足以导致水温大幅度的畸变。但水位在16日19时，即水温畸变的开始时间，水位记录到一个明显的突跳（图7），此单点式的突跳一般都是电压信号导致的探头感应式突跳，非水位变化引起的，以此推断，在18时至19时出现了雷暴干扰。

雷暴是伴有雷电现象的中小尺度对流性天气系统。雷暴是由发展旺盛的积雨云引起的闪电、雷鸣现象的局地风暴，是水蒸气激烈上升行程的积雨云中，凝结有巨大数量的小水滴盒冰晶，它们之间高速碰撞使云体带上电荷。雷暴的能量很大，千分之几到十分之几秒的雷电放出的电能，可达到数十亿到上千亿瓦特。强大的电磁场产生的感应雷和脉冲电压能潜入室内危及各种微电子设备，轻则引起系统失灵，重则导致系统或元器件永久损坏[5]。

黑河台记录气压从2016年10月16日17时开始加速下降，降水量增加，经过气象三要素数据分析，发现10月16日到10月18日出现明显降雨过程，降雨量为19.2mm（图8）；同时宽频带地震计脉动曲线分析，出现许多毛刺，说明下雨的同时伴有雷暴（图9）。

图8 黑河水温与气压、降雨量对比曲线图Fig.8 Comparison curves of water temperature，air pressure and rainfall in Heihe

图9 黑河台地震计波形数据 （2016.10.16 18时—24时）Fig.9 The seismometer waveform data of Heihe Seismic Station （2016.10.16 18-24）

综上所述，此次水温突跳是由雷暴引起的，从气象三要素和宽频带地震计上的资料都得到了印证。雷暴的发生，时间上吻合，并且由于水位没有大幅度的变化，根据水温预报地震的原理：地下水是引起地壳表面局部地热异常的重要因素，在一次孕震过程中，由于震前应力大幅度增加或减弱的作用，造成地下微裂隙的张开或闭合，由此引起震前水温的变化，此次水温突跳很快恢复，证明不是地下应力调整的结果，排除了地震前兆异常的可能[3]。

3 结论

（1）通过对黑河地震台数字化水温仪2016年10月16日19时异常分析可以看出，雷暴对水温测值的干扰非常明显，变化幅度大，影响持续时间长，易与前兆异常混淆。因此在发现水温异常时，应综合气象三要素、宽频带地震计等多种手段资料综合分析，排除雷暴因素影响。

（2）在建设地震观测台站时，应提前做好防雷设施建设工作，在日常工作中，也应加强防雷设施的维护[2]。近年来，黑龙江省地震局采取多项措施对台站外部避雷和内部避雷进行了整体改造，新增了雷电预警系统，确保了监测仪器运行的安全稳定。

（3）黑河地区属于多雷区，年平均雷暴日在20～40天，因此在以后的工作中应加强雷暴干扰的分析研究，这将对提高分析预报水平起着十分重要的作用。

致谢：在撰写论文期间，黑龙江省分析预报中心的石伟同志对此论文提出了宝贵意见，在此表示衷心的感谢。

[1] 邱永平. 地震前兆数字化仪器受到强雷暴干扰研究[J].地震地磁观测与研究，2003，24（5）: 100-105.

[2] 国家地震局预测预防司. 地下流体地震预报方法[M].北京: 地震出版社，1997.

[3] 汪成国，赵刚高，守权，等. 新30井数字化水位、水温远场大震同震响应初析[J]. 内陆地震，2011，25（4）: 354-359.

[4] 邱凤萍，刘彦斌，胡宝慧，等. 黑龙江省地震台站防雷分析及改造[J]. 防灾减灾学报，2016，32（3）： 82-86.

[5] 兰斌. 雷暴天气现象的浅析[J]. 内蒙古气象，2006（3）: 82-86.

Study on Interference in Heihe Digital Water Thermometer by Severe Thunderstorm

MENG Ling-sheng1，MENG Ling-lei2，SHI Wei3，CAO Lei4
（1. Nianzishan Seismic Station， Heilongjiang Qiqihaer 161000，China; 2. Harbin Earthquake Prevention and Disaster Reduction Technology Center，Heilongjiang Harbin 150021，China; 3. Earthquake Administration of Heilongjiang Province， Heilongjiang Harbin 150090， China; 4. Heihe Seismic Station of Heilongjiang Province， Heilongjiang Heihe 164300，China）

At present, the seismic monitoring instrument has entered into the digital age. However, the digital instrument is easy to be interfered by thunder which leads to data distortion. Data wave of Heihe digital water thermometer changed obviously but resumed to be normal soon. Relevant analysis was performed accordingly, and it was considered that such condition was made by the interference of severe thunderstorm in digital water thermometer. Hereby the experiences in recognition and exclusion of seismic precursor anomalies are provided for reference.

digitization; thunderstorm; interference

P315.72

A

10.13693/j.cnki.cn21-1573.2017.02.006

1674-8565（2017）02-0033-04

2017-01-21

2017-03-05

孟令升（1989-），男，黑龙江省依兰县人，2012年毕业于华北科技学院，本科，助理工程师，现主要从事地震监测与流动地磁观测等方面的工作。E-mail：576157878@qq.com