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基于多源观测技术的贺州雷电综合预警研究 　　【摘 要】本文提出了区域雷电预警系统概念，具有明显的创新性。通过结合天气雷达、闪电定位和探空等资料对测区大气电场时空演变特征、电荷结构进行分析，对单独及综合利用这些数据进行雷电预警的方法以及预警效果进行分析，有助于对雷暴云的起电放电以及电荷分布情况的了解，有助于从理论上建立云闪、地闪发生、发展的具有微物理基础的模型，更深入了解灾害性天气过程发生发展的机理以及规律，发挥雷电监测信息在灾害性天气监测和预警预报中的作用，对于防灾减灾、国家公共安全具有重要意义。 　　【关键词】雷电预警 雷达 闪电定位 大气电场 　　1 前言 　　雷电是一种伴有声、光、电等多物理现象的自然灾害。研究有效的预报方法并建立可靠的雷电监测预警系统，对减少雷电灾害带来的损失有着重要的意义。由于雷暴生命周期短、范围小，而业务数值预报模式时空扩展性小以及水平和垂直分辨率较低，所以雷暴预警预报是天气预报中较困难的工作之一，也是气象部门所面临的难点和挑战。由于强对流天气的发生、发展具有突发性和局地性，因此雷电预警更多地借助于实时监测手段。因此综合各种探测手段的应用，如结合多参数雷达、闪电探测等高分辨率探测仪器，是雷电预警今后的发展方向。 　　对国内部分地区虽然已经安装了多普勒天气雷达、闪电定位仪、地面大气电场仪等探测设备，但这些实时观测资料的特征特别是大气电场雷暴特征以及这些数据在雷电临近预警方面的应用研究工作还欠缺，如何有效地利用这些探测资料进行这些研究是迫切需要开展的。目前天气雷达数据为雷电预警最常用的数据，其相关的文献较多；大气电场、闪电定位资料的利用大多数为对不同天气过程以及其时空特征分析，但是利用这些资料进行雷电预警的研究较少，综合利用多种数据和充分发挥各种资料相互补充的优势进行雷电预警，为今后的雷电预警的发展趋势。因此如何更加有效地利用雷达等遥感和雷电探测等资料，发挥雷电监测信息在灾害性天气监测和预警预报中的作用，对于防灾减灾、国家公共安全具有重要意义。 　　2 雷电综合预警的理论基础 　　雷暴短时的空间和时间预警，在现今是尤为重要的，做到准确预警就需要利用气象学、大气物理学以及空间技术等。 　　许多研究已对闪电的特征、现象及其影响进行评价，并分析出各种闪电性质，如雷电先导及其模式、雷电电磁场传播、雷电感应电压和雷电流特性，对应开发出检测和定位技术。 　　然而，大多数雷电的特性仿真模型有自己的局限缺点，建立的这些模型只适用于特定的领域而太有限。一个重要的建模方面是关于使用各种传感技术的雷击监测和定位，各方法适于在特定条件下，在一定的应用程序来实现测量系统的结合。 　　分析天气雷达、闪电定位仪和大气电场仪各自的优劣势，利用多站大气电场仪组成网络，对整个区域内的雷暴和其发展过程进行的综合监测，在此基础上对雷暴云结构和位置进行反演，研究雷暴从发生到消亡的整体过程，并分析雷暴过站时的电场变化特点，为构建区域雷电预警系统奠定理论基础和实际指导报告。 　　2.1 雷暴云多普勒天气雷达观测 　　雷达回波可以直观的反映雷暴过站时的路径及过程，雷达操作者可依靠反射率因子产品确定回波的强度，确定风暴的强弱和结构以及强降雨（雪）带，还可根据反射率因子随时间的变化确定降水回波的移动以及未来的趋势等。平均径向速度表示整个360°方位扫描径向速度数据，径向速度即物体运动速度平行与雷达径向的分量。径向速度有许多直接的应用，可以导出大气结构，风暴结构，可以帮助产生、调整和更新高空分析图等。 　　从图1四副雷达回波图中，可以看出大气反射越强烈颜色会越深，图（a）天空云量极少，雷达反射基本没有。图（b）天空云量增多，大面积范围没有强对流雷暴，只在局部地区有单体雷暴蜂巢A初步形成。反射强度在45-50dBz。图（c）两个初步形成的单体蜂巢A、B合并，雷达回波图中发射形成的深红色明显扩大，反射强度到达50-55dBz，预示已有强对流雷暴正在发生。图（d）中，在一个小范围内形成了两个强雷暴蜂巢A和B发生区域，且反射率均在55dBz，称为双单体雷暴。 　　多普勒雷达反射回波可以实时监控大气的活动状况，但又区域范围广、局地预报不精确的缺点。 　　2.2 闪电定位仪对雷电数据统计 　　闪电定位系统传感器的数量可以是三个以上，这实际上取决于雷击源的尺寸和强度，以及检测结果的期望精度。传感器设置的位置也取决于源位置。监测的精度在很大程度上取决于该源是否是在该覆盖区域的中心或在其周边。三天线结构将给出的信号源（基于三角原理）的方位角和仰角。这些角度是至关重要的，因为在雷电源坐标的测定计算上直接使用，短基线天线配置时测定先导之间的距离和先导的位置，所涉及的方位角和仰角，计算中产生的错误可直接影响方位角和仰角的准确性。 　　闪电