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雷电监测技术研究进展及基本方法

发布时间:2014-10-10

 雷电的监测方法主要有目测法、照相法、电场仪、闪电计数器、光谱仪、 脉冲电压记录仪、卫星闪电探测器、声探测器、雷达探测等。

  照相观测方法:照相机对闪电观测是研究闪电的重要工具之一、闪电的照相观测方法主要有二类。一是闪电的高速旋转照相法:其结构是将两个照相机的镜头分别安装在一旋转圆盘的一条直径的两端,镜头随圆盘高速旋转。 当观测闪电时,闪电成像于两镜头后面的静止底片上,由于圆盘快速旋转, 两镜头各向相反的方向移动,由于镜头的髙速移动,闪电光不是同时到达底片上,使得照相底片上感光的闪光发生畸变,但是这畸变方向是以直径为对称的,镜头的旋转速度是已知的,所以通过对两幅图的比较分析及一系列处理后,就可以推断出闪电的方向和速度;并且可以判断闪电发展的连续相位,从而得到闪电的结构和发展过程。二是高速线扫描照相机:为观测回击闪电通道径向(侧向)变化而制作的一种高速扫描照相机,它是对一般线扫描照相机的改进。

  闪电电场的测量:闪电引起的强电流是重要的闪电参量,其中闪电电流的幅值和闪电电流的波形,对于雷电的防护和防雷工稈的设计是必须要考虑的一个重要参量,同时由确定的雷电电流数据可以推算电荷、能量、电矩及其他有关参量。因此对闪电电流的观测和监视,对于了解和研究分析大气中的闪电过程有重要意义。如从雷电峰值电流分析发现:对地或对低建筑物的闪击,几乎都是由向下先导引发的,而若建筑物高迖100m或其以上时,则向上先导引发的闪击比例增大。

  雷电流的测量:测量雷电流一般有以下三种方法:第一种方法是通过测量精密分流电阻上的电压降,由此可算出闪电电流的大小;第—种方法是利用感应线圈上的电压测出V,再对时间积分就能求出闪电电流;第二种方法是采用数字歡存示波器自动记录闪电电流的波形。在测量雷电电流时,如果在电路中采用电容和电感器件,就会影响测量的时间分辨率,所以在电路中不希望有电容和电感器件的存在。为提高测量时间精度,采用电阻(称无感)分路和示波器进行。

  雷电的计数和定位:雷电的计数和定位测量有非定向闪电计数器和闪电 单站(或多站)定位仪两种方法。

  非定向闪电计数器:闪电密度由闪电计数器获取,一般闪电计数器设计成带宽1〜50kHz、 灵敏度为3v/m,需用一根垂直天线,经距离校正后就能测量给定地区单位面积上的闪电活动,研究闪电天电的频率谱分布。这种闪电计数器不能给出闪电的方位,也不能区分云闪和地闪。

  闪电单站定位仪:雷暴的定位方法可分为单站定位系统、多站定位法两 种。单站定位系统是利用闪电电磁场相位差和闪电天、地波到达时间差的原理而制作的,可以测量250km范围内地闪的方位、距离、强度和极性。由单个点观测只能确定闪电的方向,如要确定雷电的位置,则必须由多个测站完成。雷电的多站定位:是利用两个或多个测站确定雷暴位置的方法。在单个测站上利用有两个相同垂直环形天线分别指向南北和东西的定向仪,接收闪电发出的讯号。

  定向闪电计数器:有正负闪电计数器、半导体闪电计数器、闸流管闪电计数器等多种类型。它接收来自各方向的闪电信号,通过计数器进行计数, 从而确定闪电频数,根据闪电频数的变化判断云的性质。

  卫星监测雷暴:卫星为进行大范围探测闪电提供了理想平台,多年来, 已有多颗静止气象卫星装载有记录闪电信号的观测仪器,美国国防气象卫星上载有各种探测闪电的探测器。极轨卫星星载闪电探测仪器只能提供风暴的瞬间图像,由于时间分辨率低,不能提供全天时的雷暴云系。