大气电场仪在贵州雷电监测预警中的应用浅析

李 迪，陆 扬

（1.贵州省气象灾害防御技术中心，贵州 贵阳 550002；2.贵州省大气探测技术与保障中心，贵州 贵阳 550002）

1 引言

贵州省位于云贵高原东侧，地形以山区为主，特殊的地理环境与地势地貌为冷暖空气交汇活动提供了条件，天气情况复杂，强雷暴单体和雷暴群现象经常出现，造成雷电天气过程极易发生。近50 年来，全省年平均雷暴日达51.6 d，属多雷暴区。雷电灾害是最严重的灾害之一，雷电和其他灾害天气相比，具有时间分布的瞬时性、季节性和频繁性，空间分布的广泛性、分散性和局地性等特点，这样就增加了雷电预报的准确性的难度。据近年来的不完全的雷击数据显示，贵州全省易受雷击的场所（如建筑、园区等）因雷电引发的事故逐年增加，特别是高层建筑及弱电设施的雷灾事故呈上升趋势。随着贵州省经济的快速发展，对雷电预警业务服务的需求日趋丰富化、多元化，服务专业化，用户对雷电产品的需求不再是进行雷电实况的监测。因此，充分利用大气电场资料进行雷电的综合预警符合社会对雷电预警产品的需求。

2 大气电场仪探测原理

大气电场仪是利用置于电场中的导体，其上产生感应电荷的原理进行电场测量的。当雷雨云内发生电荷积累时，地面电场值将发生变化。地面电场变化幅度值与云中带电荷量的多少有关，因此，可以通过电场变化来反演云中电场变化，并可以通过电场阈值来对雷电的发生进行提前预警。在雷暴云中电荷分布与地面大气电场分布的关系一般为：云底正电荷区对应地面是正电场，云底负电荷区对应地面是负电场[1]。贵州省目前安装的是上海晨辉科技公司生产的大气电场仪Prestorm 2.0，其主要性能指标如表1 所示。

表1 大气电场仪主要性能指标

3 预警方法

地面电场值的变化与大气电场仪与雷暴云的位置密切相关。实际的雷电监测预警中，因为要受到地形、建筑物等因素影响，所以大气电场仪的探测范围一般选取半径15 km的预警范围。雷暴云接近预警区域时，地面电场会出现明显抖动，电场值会明显加大并出现极性的改变，脉冲频率变高。当电场值达到一定强度后，将有可能出现闪电。当进行阈值设定时应对探测到的地面电场值设定为多个等级的报警阈值，当探测值达到或超出设定阈值时发出预警[2]。一般设为三级雷暴预警阈值等级。

第一级阈值：当地面电场强度绝对值达到2 kV/m，发出第一级报警，表明在测站15 km 范围内可能出现雷暴云活动。

第二级阈值：当地面电场强度绝对值达到4 kV/m，发出第二级报警，表明雷暴逐渐靠近测站，15 km 范围内出现频繁雷暴云活动。

第三级阈值：当地面电场强度绝对值达到6 kV/m，发出第三级报警，表明雷暴中心已移近测站，15 km 范围内已出现闪电。贵州省气象局按照GB/T 19001—2016《质量管理体系要求》建立观测质量管理体系、识别和确定各项管理的过程及其相互作用，加以实施和保持，并持续改进。

4 个例分析

通过一次安顺市西秀区典型雷电过程分析：根据贵州省闪电定位监测实况2020-01-06T14：50—19：20 雷电分布情况。整个雷电中过程西秀区共发生闪电465 次，以负地闪为主，如图1 所示。根据西秀区大气电场仪资料显示，受强对流天气影响，该时段地面电场变化如图2 所示。

第一阶段：15：00—15：14，地面电场在正极性方向脉动，其后马上转为负极性电场，电场值增大，表明雷暴靠近地面电场仪。

第二阶段：由于雷暴云底部出现的电荷的不停积聚，地面感应电场不断增大，达到击穿电场，此时会出现闪电现象，在地面电场曲线上就表现为电场的骤变。15：16 开始出现第一次闪电，随后地面电场抖动明显，多个快变尖峰出现，这意味着在测站附近有大量雷电发生。

第三阶段：19：00 以后，地面电场的波动慢慢变得平稳，这种现象说明带电云层已经解散或消散，表示此次雷电过程结束。

图1 西秀区2020-01-06T14：50—19：20 三维闪电资料实况

图2 西秀区2020-01-06T14：50—19：20 大气电场资料实况

5 结论

大气电场仪的安装、建设全省大气电场监测网能够填补贵州省雷电精细化预警的空白，减少雷电灾害的发生，提升防雷减灾的社会效益。需指出的是，仅利用单站大气电场仪进行雷电监测预警会出现较高的虚警和漏报现象。通过大气电场仪组网的方式，结合雷达、卫星、闪电定位仪等方式综合监测预警，能提高雷电预警准确性，减少雷电对人民生命和财产的损害。