江西理工大学学报通信论文范文

　　雷电是日常生活中常见的天气现象之一，但由于发生雷电时产生的电效应、热效应及电磁场效应等，使得建筑物遭受破坏，人畜伤亡事故，通信电力设备损坏事件频发，雷电灾害已经被联合国列为“最严重的十种自然灾害之一”，给人们的生产和生活造成了巨大的威胁。如何有效的减少雷电灾害给人民生活和社会生产造成的损失，成为了人们迫切需要解决的难题[1]。

　　摘要：目前针对雷电预警的方法主要是基于大气电场与闪电定位的探测技术，该项技术在国内的起步较晚但发展迅速，已被许多行业广泛应用。本文通过简要介绍大气电场仪及闪电定位仪的工作原理，结合其主要的应用，探讨了其在民用航空领域的应用前景。

　　关键词：大气电场,闪电定位,雷电预警,民用航空

　　0概述

　　国外针对雷电预警的研究开展较早也有许多成熟的应用产品；国内虽起步较晚，但发展迅速。随着科学的不断进步，针对雷电的探测技术已经历过几代的发展，目前，基于大气电场与闪电定位的探测技术是较为成熟的雷电预警方法。

　　1大气电场仪工作原理

　　利用导体在电场中产生感应电荷的原理，大气电场仪传感器由定片和动片组成，动片的旋转使定片的感应电荷转换为和大气电场成正比的电压量。电场仪处理并显示电场值，电场值经通信线路传送至计算机进行处理，以直观的曲线形式显示给使用者[2]。

　　2闪电定位仪工作原理

　　闪电定位仪是探测闪电发生的强度、方向、频率及其变化的仪器，通过自动探测闪电辐射的声、光、电磁场特性等闪电放电参数，将实时检测到的数据进行交汇处理并显示，可全天候、长期、连续运行并记录雷电发生的时间、位置、强度和极性等指标[3]。

　　3基于大气电场与闪电定位技术的雷电预警

　　方法应用

　　大气电场仪虽然能够实现对局地雷电的监测和短时预警，实时反映当地雷雨云的活动状况，但缺乏直观性，不知道雷电发生的具体方位，若仅利用大气电场仪资料将使雷电预警错报率大大提高。闪电定位技术可以确定闪电的空间位置，但对于尚未发生雷电的云没有任何响应，也无法探测到闪电形成前云中电荷的演变过程，记录不到雷云早期出现的云闪[4?5]。正因为两种技术在应用上具有互补的特性，因此，基于大气电场与闪电定位技术的方法在雷电预警领域显示出极大的优势。

　　雷电预警技术主要是在雷击发生之前的10～30min左右发出警告讯号，提醒或告知那些在野外作业的人员及时采取适当的措施避雷。雷电预警的作用不止是在防范人身安全，在其他领域也有着广泛的应用[6?7]。最常应用的主要有常规气象业务预报、电力系统安全、工厂设备、森林雷击火预警、航空航天保障、建筑施工、油库、旅游景点、体育娱乐场所和矿区等重要场所的雷暴检测和预报[8?9]。

　　4雷电预警技术在民用航空中的应用

　　民用航空是雷电预警技术应用中一个重要的方面，这其中不仅关系到民用机场的选址、建设、配套设备的安装调试等基础设施的建设；更重要的是对民用机场运营过程中航线制定、运行监督以及飞行安全保障等提供强有力的支持。

　　4.1雷电对民用航空运行的影响

　　在正常的民用航空运营中，天气是影响航空系统各方面正常运行的主要因素，而雷电是各天气因素中对飞行安全有重要影响的部分。有效的雷电预警可以在预定飞行计划、监视飞行路径、机场起降及地勤支持服务等方面给予民用航空更好的安全飞行保障[10]。

　　在国外的民用航空机场，许多已建立完善的雷电探测系统，为航行安全提供强有力保障；国内也有少部分机场投入了这方面的研究。揭阳潮汕机场地处亚热带，属海洋性季风气候，经常性的雷雨天气成为影响航班飞行安全的重要因素，为更好的防范雷电灾害对航班的影响，中国民用航空汕头空中交通管理站（以下简称民航汕头空管站）率先从加拿大引进了三套大气电场仪及闪电定位仪。

　　4.2雷电预警系统检测雷电发展的过程

　　民航汕头空管站此次引进的每套设备都有由Boltek公司生产的EFM?100型大气电场仪和LD?350型闪电定位仪组成，该电场仪能够对大概40km范围内的闪电变化进行告警，而闪电定位仪则可对设备大概500km范围内发生的闪电进行记录。三套设备分别安装于本场、莱芜雷达站和大洋雷达站，形成一个三角型覆盖区域。设备投入使用半年来，各用户均反映该设备灵敏度高，在雷暴来临前可以起到很好的预警作用。图1所展示的是2013年6月23日午后13时35分左右到14：00左右，大气电场仪检测到的发生在揭阳潮汕机场附近的一次雷电过程。

　　由图1可以看出在13：00左右电场仪检测到有一个负向增大的电场，该电场在13：30达到最大值-12kV/m，然后有一个很强的正向突变，之后的短短数分钟又有另外一次强度相近的跳变，跳变过后的13：42左右电场强度逐渐恢复到正常状态，后面的场强变化都趋于平缓。

　　图2中显示的是在大气电场仪检测到电场突变后，闪电定位仪检测到的闪电，如图2上红色箭头所指即为闪电发生的位置，大概处于机场跑道的北面。此时，闪电定位仪检测到本场闪电的时间为13：49，距离大气电场仪检测到电场强突变已过去大约20min。也就是说，通过该雷电预警设备，可提前20min预知本次闪电的发生。

　　图3～图6所示为本场雷达的PPI图，由雷达图可以看出在13：33左右，本场附近有较强的回波出现，在将近半小时后，强的回波已经远离，不再影响本场。通过对天气多普勒雷达回波的分析，很好地印证了大气电场仪和闪电定位仪的监测结果。

　　4.3雷电预警在民用航空应用中的优势与局限

　　由以上雷电监测结果可以看出，大气电场仪对于空间电场变化反应灵敏，对雷电预警作用明显，但由于其探测不具方向性，因而无法具体预知雷电变化。闪电定位仪能够锁定具体的闪电发生方位及距离，可以对闪电发展趋势做相应的分析，但这只是一种事后的记录，可进行相应的结果分析却无法进行雷电预警。两者进行结合，在机场预警，航线飞行安全，航空设备防雷保护中可起到有效的防范作用。经过一段时间的实用检验，使用人员发现该雷电预警方法也存在一定的局限性。这主要是由于天气变化的多样性和不可预知性，任何对天气现象发展的预测都只能是一个概率性的判断，不可能做到完全准确。而且由于噪声干扰等方面的原因，该系统也存在误告警的情况，给气象预报工作造成一定的影响。

　　4.4未来应用开发建议

　　大气电场仪能够对雷电进行有效告警，闪电定位仪可对已发生闪电进行有效记录，但这并不能告知使用者雷电将会发生在哪个具体区域，对于机场这样的小范围区域应用则需要精确定位。由以上分析可知，天气多普勒雷达可探测强回波区域，该区域发生雷电现象的几率很大，将雷达与雷电预警系统进行有效结合能更准确预测雷电的发展。而对于航路飞行中的航空器，融合进导航雷达的信息，也能对飞行安全提供有效的预警服务。

　　5结论

　　基于大气电场与闪电定位技术的雷电预警方法作用明显，已应用到越来越多的行业领域，其中在民用航空领域中的应用更是得到了国内外民航业的重视。该雷电预警方法能有效的对雷电现象进行预警，使相关人员和设备提前做好防范雷电灾害准备，给航班飞行安全提供强有力保障；但其使用中的某些方面的局限性仍有待技术研发人员进一步的完善。

　　参考文献

　　[1]张娟，林卓宏，田军利，等.闪电定位系统及GPS在某防雷工程设计中的结合应用[J].气象研究与应用，2010，31（3）：91?93.

　　[2]王恩玉，刘传波，王艳，等.浅谈大气电场仪的工作原理[J].黑龙江科技信息，2013（5）：14?15.

　　[3]张昊伟，舒跃强，李德军.闪电定位技术评述[J].气象水文海洋仪器，2010，9（3）：100?103.

　　[4]叶本闪，陈钊，王辉煌.谈大气电场仪在闪电监测预警中的应用[J].信息系统工程，2013（4）：102?103.

　　[5]吴建，陈毅芬，曾智聪.利用地面电场仪与闪电定位资料进行短时雷电预警的方法[J].气象与环境科学，2009，32（1）：47?50.

　　[6]潘家利，王明亮，吴海，等.基于大气电场的雷电监测预警技术研究[J].气象研究与应用，2012，33（3）：94?97.

　　[7]吴明江，杜莉萍，陈勇斌，等.大气电场的特征及雷电预警技术研究[J].气象水文海洋仪器，2010，9（1）：10?14.