[发明专利]基于大气电场的雷电短临局地预警方法

说明书

本发明涉及雷电预警领域，公开了一种基于大气电场的雷电短临局地预警方法，用以提高雷电预警准确率，降低漏报率。本发明通过收集待预警地区一段时间内的雷电监测网和大气电场仪同步观测资料，并对收集到的资料进行质量订；从样本集中筛选出典型雷电天气案例，并对进行时序差分，得到各案例对应的差分阈值；通过统计分析，得出待预警地区发生雷电的大气电场强度阈值和大气电场一段时间随时间变化率阈值；利用测试集对大气电场强度阈值和大气电场随时间变化率阈值进行测试，测试合格之后以大气电场强度阈值和大气电场随时间变化率阈值作为预警指标，对待预警地区进行雷电短临局地预警。本发明适用于成都平原地区进行短临时雷电预警。

技术领域

本发明涉及雷电预警领域，特别涉及基于大气电场的雷电短临局地预警方法。

背景技术

目前国内外对于雷电预警一般采用两种方法：

1、闪电定位仪方法：

通过组网闪电定位仪实现对雷电实时监测，根据实际发生的雷电落点及雷达、风场资料确定未来雷电可能的落区和发生的概率。此方法缺陷在于依据雷电监测实况来判断未来雷电活动趋势预警时效滞后，且依赖于闪电定位仪探测效率和探测精度，一般雷电探测效率应>70％，探测精度＜3km。然而四川省雷电监测网建设时间为2005年，实际探测效率已经＜50％，探测精度＞5km。由于此种方法在预警时效性和准确性上对雷电监测网探测效率和精度依赖太高，具有较大缺陷，雷电预警漏报率太高，且没有提前时效。

2、大气电场阈值方法：

该方法是通过在某一雷电预警需求点上安装一台大气电场仪，测量各种天气条件下近地面大气垂直静电场强度、极性连续变化，同时可以探测周边带电云团和雷电放电所引起的电场变化，通过设置大气电场阈值来达到预警。此种方法需要先对该地区大气电场仪背景值进行研究，再设置雷电来临前或闪电发生时大气电场的异常变化大气电场阈值。前期研究表明，成都平原地区雷电预警阈值为±2～5kV/m，对一定范围内未来0-数十分钟以内即将发生的雷电进行预警。虽然此方法仅与仪器工作状态有关，资料缺漏情况较少，但存在以下三点缺陷：

(1)在雷暴云接近大气电场仪或雷电发生时，基于静电学基本原理，带电云团或雷电将会引起大气电场值出现偏离晴天大气变化规律的异常变化，用高斯公式表达如下：

E_r＝Q/(4πεr³)

从上述公式可以看出大气电场强度随雷电或带电云团引起的电场强度与大气电场仪距离带电云团或雷电呈距离r衰减，因此电场仪对雷电或带电云团预警范围不可能太大，因此电场资料有效范围为大气电场仪所在位置半径10-20km以内。目前利用大气电场对雷电预警除本人外均未考虑距离衰减因子作用。

(2)根据2013年-目前四川省雷电定位资料和四川省大气电场观测资料检验，已经发现利用四川在有大气电场仪布点的有效区域内，利用大气电场对雷电作出预警提前时间最多为10分钟。因此利用大气电场仪真实预警时间远低于厂家说明书中的数十分钟。

(3)成都平原地区当云-地间静电场强达到某一阈值将会产生击穿而形成闪电，这时电场强度变化将会呈大幅震荡抖动。但根据大气电学理论E_r＝f(Q，ε，r，ΔE/ΔT)，E_r击穿电场阈值与空气介电常数e、探测点与闪电位置距离r、带电云团电荷量Q和电场强度变化率ΔE/ΔT有关，放电位置距离电场仪较近时，还应考虑带电云高度H。

目前所有厂家在设置预警阈值时均未考虑电场强度变化率ΔE/ΔT造成利用大气电场预警雷电虚警率高、准确率低，不能通过检验，至今未能正式进入气象雷电预警业务。