大气电场特征研究在雷电预警的应用

2019-07-12苏玉宗何启明

探索科学(学术版) 2019年9期

马磊石涛苏玉宗何启明

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1 大气电场特征

地面具有一定的负电特性，而大气中则含有正电荷，这样在地面与大气之间就会存在一定的场强的电场，而且场强的方向则是从大气指向地面。由于大气状况是动态变化的，因此大气电场的场强也是一个动态变化的过程。以下就针对晴天和扰动天气下的大气电场进行分析。

1.1 晴天大气电场晴天大气电场就是在晴天的环境下在大气内所存在的电场。由于天气晴朗，没有任何的干扰，因此此时电场的场强方向是垂直指向地面的。而且此时场强的强度在120V/m左右。在晴天的上午，由于大气温度的不断上升，其空气对流程度会不断的增强，此时在靠近地表的大气中气流会频繁的与上层空气中的大气进行交换，这样在靠近地面的大气中其气溶胶的浓度就会在对流中不断的减小，从而降低地表大气电场的场强大小。一般在上午的八时到下午的四时之间此时的场强会比较的小，而其余的时间场强则比较的大。场强波动的幅度大约在50%左右。除此之外场强的大小还会受到季节的影响。比如说冬季的地表温度低，而夏季的地表温度大，因此冬季的场强要大于夏季的场强。

1.2 扰动天气大气电场扰动天气就是指雷电、强降水等一些变化无常的气象。当出现扰动天气时大气电场的场强方向以及场强大小都会发生非常明显的变化，而且该变化具有无规律特点。比如说对于雷雨天气来说，其场强会在15-20kV/m的范围内进行无规则变化，而且其变化的频率非常的快，同时在场强变动时其场强的方向也会随机发生变动。

对于雷电气象来说其大气电场的变化经历了初始期、高峰期和消散期三个不同的时期。在每一个时期内大气电场都是变动的。当大气中的对流现象不断增加，其积雨云就会不断的成熟，这样在积雨云中就会产生非常多的电荷，与此同时在大气层中其电场的场强也在不断的增加。有时候在大气中还会发生一些小毛刺现象，这就是闪电，此时还不会出现雷。随着积雨云电荷的不断积累，就会进入到高峰期。在高峰期内电荷会出现碰撞，这样就会频发的出现闪电和强雷现象。这是由于在高峰期内大气电场中的正电荷与负电荷之间出现交替，从而产生的放电现象。随着大气电场中的电荷不断发生放电现象，其场强在不断的减少，发生闪电和强雷的现象也在不断的下降，直到消失。

在晴天状态下大气电场处于一个稳定变化幅度范围内，而扰动天气下的电场则是一个变化无常的过程。因此对大气电场进行监测，可以起到雷电预警作用。

2 大气电场特征在雷电预警中的应用

大气电场特征能够反映出大气内的电荷积累状况，从而在雷电预警中起到良好的作用。当前许多的研究人员在进行研究时就针对大气电场特征进行监测，从而对雷电现象进行预警。

言穆弘等人在进行研究时以太平洋区域内的大气电场情况进行监测，其通过对晴天和雷电天气下的大气电场状况进行分析，了解其大气对流状况。同时其在进行研究时还针对1976年到1985年期间的太阳黑子运动进行分析，研究太阳活动状况与雷电气象之间的相对关系。李其深等人在进行研究时则是对大气电场与雷电之前的相对关系进行分析，提出在各种雷电现象下其大气电场的实际分布状况。张廷龙等人在进行研究时则是以大气电场变化情况为基础，对雷电气象下的大气电荷情况进行推演。从以上的研究内容中可以发现许多的研究人员已经将大气电场应用到雷电预警工作中。从这些研究内容中可以发现大气电场在雷电预警中的应用主要有：

(1)当雷电来临之前，大气内的电场会发生一定幅度的变化，此时在进行预警时通过对大气内的电荷分布状况、电荷的极性等进行监测，然后根据当前电荷变化和移动状况进行推测，就可以充分的了解到良好的雷电预警作用。在进行大气电场监测时需要根据实际情况设置不同等级的报警设定值，这样可以根据大气电场实际情况更为准确的进行雷电预警工作。

(2)在进行雷电预警时如果其大气电场的场强已经超过了设定值，此时就需要对大气电场的实际情况进行判定，确定是否存在快变抖动等现象，这样就可以在提高预警的准确性。同时通过研究发现随着大气电场场强的不断变化，其变化率的大小与雷电有很大的关系，而且通过对变化率的变化情况进行分析能够更好的起到雷电预警作用，因此针对这样的现象，在进行雷电预警时可以将电场变化率作为一个主要的指标来进行监测和衡量。

(3)由于大气电场经常处于变化状况下如果单独对其进行监测，很容易就会出现误报等现象，因此在进行监测时可以将其与闪电定位系统结合在一起进行应用。通过定位系统的作用对闪电所处的位置进行判断，可以对雷电的具体位置以及雷电的方向进行准确判定，最终起到预警作用。