雷电监测与防护技术研究与进展

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1、雷电监测及防护技术研究与进展江苏省防雷中心冯民学2011年10月前言雷(闪)电是发生在自然大气中的瞬间大电流（20kA或以上）、高电压（大约是l0MV）放电现象，并同时伴有声、光的出现。一次雷电时间大约为千分之一秒，一次放电过程一般持续时间为0．1～1．0s，闪电长度可达九十公里。其中可能包括几次大电流脉冲过程，被称作闪击。3雷电在地球大气物理和化学过程中扮演着极重要的角色2021/8/274雷电是一种信息源ELF:7.8,14,20,26,33,39,45Hz(Schumann共振）LF-VLF:回击过程，云内闪电LBP（0.3—300kHz—3M

2、Hz)HF—VHF:先导、反冲流光等云内放电过程(3—300MHz)光辐射：产生自30000K高温闪电通道，典型持续数毫秒。雷电频谱：直流—几百MHz2021/8/275闪电电磁辐射VLF/LF以地波、地电离层中的天波传播，传播距离较远VHF以射线方式传播、受地球曲率控制，传播距离较近6雷电是频发的气象灾害雷击是自然界强大的脉冲放电现象；全世界平均每分钟发生雷暴二千次；每年因雷击造成的人员伤亡超过一万人，直接经济损失达数十亿美元。联合国十年减灾委员会列为“最严重的十种自然灾害之一”国际电工委员会称为“电子时代的一大公害”。。雷电是我国最严重的气象灾害

3、之一我国每年因雷击造成的人员伤亡达上千人，财产损失达50-100亿元人民币江苏是雷暴多发区，平均雷暴日为30-43天，最多年份达73天雷灾事故频发。各级政府日益重视防雷减灾工作，重大雷击事故有所下降，但信息电子设备雷击事故呈增趋势。1997-2010年全国不完全统计雷电灾害人员伤亡图江苏省雷灾情况江苏省雷灾情况江苏省雷灾分析2008-2010江苏各市雷灾上报情况2021/8/2715雷电监测技术闪电定位系统:(1).卫星探测技术目前：光学瞬态探测器TOD、闪电成像传感器LIS光学+RF将来：干涉仪技术(2).地面探测技术（低频和高频）闪电电场变化组网

4、观测磁天线方向+时差法（地闪）干涉法SAFIR（云闪+地闪）---连续脉冲时差法LMA（云闪+地闪）---孤立脉冲大气电场仪组网观测美国从20世纪60年代开始研制卫星闪电探测仪，在20世纪80年代，NASA利用U-2高空飞机作为观测平台，开展闪电辐射特性观测试验，并在90年代中期成功研制出新一代光学闪电成像仪卫星闪电光学瞬态探测器OTD（OpticalTransientDetector）和闪电成像传感器LIS（LightningImagingSensor）。OTD/LIS是NASA研制的光学闪电探测系统，两者系统相似，都是搭载在极轨非太阳同步卫星上，

5、垂直向下观测雷暴云中闪电发出的强烈光脉冲。OTD和LIS光学闪电成像仪美国光学瞬态探测器OTD于1995年上天，工作到2000年3月，轨道高度750km，轨道倾角70。像素分辨率10km，视场13001300km2，探测率50%。美国闪电成像传感器LIS于1997年11月上天，至今仍在工作，轨道高度350km，轨道倾角35，主要探测中低纬度地区热带风暴信息。像素分辨率5km，视场550550km2，探测率90%。2021/8/2718卫星闪电成象仪观测系统：a光学成像系统OTD-740km,nadir8km,-2000.3LIS-350km

6、(402.2km),3.9km卫星闪电成象仪观测系统：bVHF和光学成像系统FromLosAlamosNationalLaboratory，Space&AtmosphericSciencesGroup（byD.Suszcynsky,2000）地球静止卫星闪电探测仪美国从1990年开始规划地球静止轨道卫星闪电成像仪GLM(GeostationaryLightningMapper)，原本计划在2003年前后由GOES-R卫星携带上天，由于某种目前尚未公开的原因，推迟到2012年前后上天。我国的FY-4卫星闪电成像仪是目前已知的第二个静止轨道卫星闪电成像仪

7、的发展规划。地球静止卫星闪电探测仪优点与低轨道卫星闪电成像仪相比，地球静止轨道卫星闪电成像仪的优势表现在如下几方面：（1）覆盖范围宽广得多；（2）观测能力大大提高；（3）时效性高；（4）具有对闪电连续跟踪监视能力。地球静止轨道卫星闪电成像仪被认为是闪电最有效的观测手段。2021/8/2722极轨探测2021/8/2723静止卫星探测24地面探测技术闪电电磁脉冲辐射场探测手段在地基闪电定位技术上应用最为广泛甚低频段一般采用磁向法(MagneticDirectionFinder，MDF)时差法(TimeofArrival，TOA)磁向和时间差联合法；（I

8、mprovedAccuracyfromtheCombinationofMDFandTOATechnology