大氣電場(chǎng)特征研究在雷電預(yù)警的應(yīng)用

馬 磊 石 濤 蘇玉宗 何啟明

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1 大氣電場(chǎng)特征

地面具有一定的負(fù)電特性，而大氣中則含有正電荷，這樣在地面與大氣之間就會(huì)存在一定的場(chǎng)強(qiáng)的電場(chǎng)，而且場(chǎng)強(qiáng)的方向則是從大氣指向地面。由于大氣狀況是動(dòng)態(tài)變化的，因此大氣電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)也是一個(gè)動(dòng)態(tài)變化的過程。以下就針對(duì)晴天和擾動(dòng)天氣下的大氣電場(chǎng)進(jìn)行分析。

1.1 晴天大氣電場(chǎng) 晴天大氣電場(chǎng)就是在晴天的環(huán)境下在大氣內(nèi)所存在的電場(chǎng)。由于天氣晴朗，沒有任何的干擾，因此此時(shí)電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)方向是垂直指向地面的。而且此時(shí)場(chǎng)強(qiáng)的強(qiáng)度在120V/m左右。在晴天的上午，由于大氣溫度的不斷上升，其空氣對(duì)流程度會(huì)不斷的增強(qiáng)，此時(shí)在靠近地表的大氣中氣流會(huì)頻繁的與上層空氣中的大氣進(jìn)行交換，這樣在靠近地面的大氣中其氣溶膠的濃度就會(huì)在對(duì)流中不斷的減小，從而降低地表大氣電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)大小。一般在上午的八時(shí)到下午的四時(shí)之間此時(shí)的場(chǎng)強(qiáng)會(huì)比較的小，而其余的時(shí)間場(chǎng)強(qiáng)則比較的大。場(chǎng)強(qiáng)波動(dòng)的幅度大約在50%左右。除此之外場(chǎng)強(qiáng)的大小還會(huì)受到季節(jié)的影響。比如說冬季的地表溫度低，而夏季的地表溫度大，因此冬季的場(chǎng)強(qiáng)要大于夏季的場(chǎng)強(qiáng)。

1.2 擾動(dòng)天氣大氣電場(chǎng) 擾動(dòng)天氣就是指雷電、強(qiáng)降水等一些變化無常的氣象。當(dāng)出現(xiàn)擾動(dòng)天氣時(shí)大氣電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)方向以及場(chǎng)強(qiáng)大小都會(huì)發(fā)生非常明顯的變化，而且該變化具有無規(guī)律特點(diǎn)。比如說對(duì)于雷雨天氣來說，其場(chǎng)強(qiáng)會(huì)在15-20kV/m的范圍內(nèi)進(jìn)行無規(guī)則變化，而且其變化的頻率非常的快，同時(shí)在場(chǎng)強(qiáng)變動(dòng)時(shí)其場(chǎng)強(qiáng)的方向也會(huì)隨機(jī)發(fā)生變動(dòng)。

對(duì)于雷電氣象來說其大氣電場(chǎng)的變化經(jīng)歷了初始期、高峰期和消散期三個(gè)不同的時(shí)期。在每一個(gè)時(shí)期內(nèi)大氣電場(chǎng)都是變動(dòng)的。當(dāng)大氣中的對(duì)流現(xiàn)象不斷增加，其積雨云就會(huì)不斷的成熟，這樣在積雨云中就會(huì)產(chǎn)生非常多的電荷，與此同時(shí)在大氣層中其電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)也在不斷的增加。有時(shí)候在大氣中還會(huì)發(fā)生一些小毛刺現(xiàn)象，這就是閃電，此時(shí)還不會(huì)出現(xiàn)雷。隨著積雨云電荷的不斷積累，就會(huì)進(jìn)入到高峰期。在高峰期內(nèi)電荷會(huì)出現(xiàn)碰撞，這樣就會(huì)頻發(fā)的出現(xiàn)閃電和強(qiáng)雷現(xiàn)象。這是由于在高峰期內(nèi)大氣電場(chǎng)中的正電荷與負(fù)電荷之間出現(xiàn)交替，從而產(chǎn)生的放電現(xiàn)象。隨著大氣電場(chǎng)中的電荷不斷發(fā)生放電現(xiàn)象，其場(chǎng)強(qiáng)在不斷的減少，發(fā)生閃電和強(qiáng)雷的現(xiàn)象也在不斷的下降，直到消失。

在晴天狀態(tài)下大氣電場(chǎng)處于一個(gè)穩(wěn)定變化幅度范圍內(nèi)，而擾動(dòng)天氣下的電場(chǎng)則是一個(gè)變化無常的過程。因此對(duì)大氣電場(chǎng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，可以起到雷電預(yù)警作用。

2 大氣電場(chǎng)特征在雷電預(yù)警中的應(yīng)用

大氣電場(chǎng)特征能夠反映出大氣內(nèi)的電荷積累狀況，從而在雷電預(yù)警中起到良好的作用。當(dāng)前許多的研究人員在進(jìn)行研究時(shí)就針對(duì)大氣電場(chǎng)特征進(jìn)行監(jiān)測(cè)，從而對(duì)雷電現(xiàn)象進(jìn)行預(yù)警。

言穆弘等人在進(jìn)行研究時(shí)以太平洋區(qū)域內(nèi)的大氣電場(chǎng)情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，其通過對(duì)晴天和雷電天氣下的大氣電場(chǎng)狀況進(jìn)行分析，了解其大氣對(duì)流狀況。同時(shí)其在進(jìn)行研究時(shí)還針對(duì)1976年到1985年期間的太陽黑子運(yùn)動(dòng)進(jìn)行分析，研究太陽活動(dòng)狀況與雷電氣象之間的相對(duì)關(guān)系。李其深等人在進(jìn)行研究時(shí)則是對(duì)大氣電場(chǎng)與雷電之前的相對(duì)關(guān)系進(jìn)行分析，提出在各種雷電現(xiàn)象下其大氣電場(chǎng)的實(shí)際分布狀況。張廷龍等人在進(jìn)行研究時(shí)則是以大氣電場(chǎng)變化情況為基礎(chǔ)，對(duì)雷電氣象下的大氣電荷情況進(jìn)行推演。從以上的研究內(nèi)容中可以發(fā)現(xiàn)許多的研究人員已經(jīng)將大氣電場(chǎng)應(yīng)用到雷電預(yù)警工作中。從這些研究內(nèi)容中可以發(fā)現(xiàn)大氣電場(chǎng)在雷電預(yù)警中的應(yīng)用主要有：

(1)當(dāng)雷電來臨之前，大氣內(nèi)的電場(chǎng)會(huì)發(fā)生一定幅度的變化，此時(shí)在進(jìn)行預(yù)警時(shí)通過對(duì)大氣內(nèi)的電荷分布狀況、電荷的極性等進(jìn)行監(jiān)測(cè)，然后根據(jù)當(dāng)前電荷變化和移動(dòng)狀況進(jìn)行推測(cè)，就可以充分的了解到良好的雷電預(yù)警作用。在進(jìn)行大氣電場(chǎng)監(jiān)測(cè)時(shí)需要根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置不同等級(jí)的報(bào)警設(shè)定值，這樣可以根據(jù)大氣電場(chǎng)實(shí)際情況更為準(zhǔn)確的進(jìn)行雷電預(yù)警工作。

(2)在進(jìn)行雷電預(yù)警時(shí)如果其大氣電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)已經(jīng)超過了設(shè)定值，此時(shí)就需要對(duì)大氣電場(chǎng)的實(shí)際情況進(jìn)行判定，確定是否存在快變抖動(dòng)等現(xiàn)象，這樣就可以在提高預(yù)警的準(zhǔn)確性。同時(shí)通過研究發(fā)現(xiàn)隨著大氣電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)的不斷變化，其變化率的大小與雷電有很大的關(guān)系，而且通過對(duì)變化率的變化情況進(jìn)行分析能夠更好的起到雷電預(yù)警作用，因此針對(duì)這樣的現(xiàn)象，在進(jìn)行雷電預(yù)警時(shí)可以將電場(chǎng)變化率作為一個(gè)主要的指標(biāo)來進(jìn)行監(jiān)測(cè)和衡量。

(3)由于大氣電場(chǎng)經(jīng)常處于變化狀況下如果單獨(dú)對(duì)其進(jìn)行監(jiān)測(cè)，很容易就會(huì)出現(xiàn)誤報(bào)等現(xiàn)象，因此在進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)可以將其與閃電定位系統(tǒng)結(jié)合在一起進(jìn)行應(yīng)用。通過定位系統(tǒng)的作用對(duì)閃電所處的位置進(jìn)行判斷，可以對(duì)雷電的具體位置以及雷電的方向進(jìn)行準(zhǔn)確判定，最終起到預(yù)警作用。

結(jié)語

從以上的分析中可以了解大氣電場(chǎng)在晴天天氣下會(huì)呈現(xiàn)穩(wěn)定變化特征，而在擾動(dòng)天氣下則會(huì)出現(xiàn)劇烈變化，因此對(duì)大氣電場(chǎng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)可以起到良好的雷電預(yù)警作用。通過對(duì)大氣電場(chǎng)中的電荷變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并與閃電定位結(jié)合在一起，能夠有效減少誤報(bào)次數(shù)，提高預(yù)警準(zhǔn)確性。