泰安地区雷电监测预警系统探析

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1、泰安地区雷电监测预警系统探析摘要山东省于2009年建设完成了国家级的闪电定位监测网，该系统在站点布局上没有完全覆盖泰安市。通过新建东平站后，泰安市犬部分处于4站定位范围以内，可有效保证探测数据的准确性和探测数据的完整性。对泰安地区雷电监测预警系统进行介绍，雷电监测预警系统的硬件包括天线、信道处理模块、波形分析与鉴别模块、GPS时间同步与时间基准及波形特征点测量模块、CPU模块、探测仪口检口校、电源和通讯接口、ADTD雷电探测仪；预警系统的软件包括中心站定位软件、数据库服务器、GIS服务器、WEB服务

2、器。关键词雷电监测；预警系统；硬件；软件；山东泰安由于雷电的突发性，其预报难度较大，副附毅、奥山和彦（1998）利用法国Dimensions公司生产的SAFIR雷电监测系统，采用云闪发生吋间比地闪发生吋间的超前性进行雷击预报。雷前预报的时效为0〜30min,《国外雷电监测和预报研究》屮将时效为0〜30min的预报，暂且称为“甚临近预报”。由于现在我国探空已经采用L波段雷达，资料处理已经实时化、自动化，且探空数据采集速度较59-701系统大幅增加，每1〜2s即可获得1组温度、压强、湿度值，由探空资料及

3、时预报即将发生的雷电成为可能，冃经过检验，本文所用参量在探空球施放十几分钟即可得到，可以用于其后约30min的预报，预报结果可以及时通过短信告知广大用户。而对于探空时效以外的雷电天气，应结合其他资料来进行预报更为有效[l-3]o目前泰安市气象部门已建立在雷暴到来前发布报警信息的业务机制，山东省也于2009年建设完成了国家级的闪电定位网（图1）,但由于该系统在站点布局上没有完全覆盖泰安市，雷电数据完整性和准确性存在着严重不足，经过近几年的观测发现，雷电的密度与实际观测结果存在较大的差异。1预警系统初步

4、设想建立一个布局合理、覆盖全市的雷电监测网，选取高效可靠的实时通信网，根据泰安由的实际和现有的闪电定位监测设备的有效探测范围等有关技术指标，可在东平县局建设1个闪电定位仪站点，合理地优化布局，建设大气电场仪5部，一起组成能满足监测全市云地闪屯现象和灾害的雷屯监测网。在泰安市及下属4个县和泰山建设5部大气电场仪，以达到对市区周边更精准的雷电监测与预报机制。从图1可以看出，该系统在站点布局上没有完全覆盖泰安市。当增建东平站以后，泰安市大部分可处丁4站定位范围以内，可有效保证探测数据的准确性和探测数据的完

5、整性。在泰安市4个县和泰山建设5部大气电场仪，电场仪有效预警覆盖范围为半径10km,5部大气电场仪可实现对核心区域雷暴的发展、发生、消散全程监控,达到对雷电更精确监控的目的（图2）。2预警系统硕件2」天线雷击探测仪的天线系统共冇4副天线[4-6]:GPS天线，用来接收GPS卫星的导航信号，作探测仪时间同步用；平板电场天线，平行地面水平放置，用于接收闪电回击信号的垂直于地面的电场分量（Z方向）；南北方向磁场环状天线，南北向放置，用于接收闪屯回击信号东西方向的磁场分量；东西方向磁场环状天线，东西向放置，

6、用于接收闪电回击信号南北方向的磁场分量。2.2信道处理模块在天线上感应出的回击的电场信号、南北向磁场信号、东西向磁场信号直接送到信道处理模块，信道模块对3路信号分别进行丽级放大、滤波、增益调整、积分还原和低频抑制等技术处理，输出干净的磁场波形和电场波形。2.3波形分析与鉴别模块对电场、东西向、南北向磁场分量分别取峰保持，并对南北、东西向磁场分量屮信号较大的波形分量进行波形分析，鉴别其是否为云地闪回击信号，如果是,则继续进行后续测量；如果否，则进入云闪鉴别与记数状态，处理完成后使探测仪处于等待工作状态

7、。2.4GPS时间同步与时间基准及波形特征点测量模块从GPS天线下来的GPS卫星导航信号直接进入美国原装的授时型GPS接收机，经过授时型GPS接收机处理与分析，给出标准的1PPS同步信号和日历，吋钟同步精度为10-7So另一方面，探测仪当地以10MHz高稳定恒温晶振为频源,建有精度达10-7s的精密时钟，在1PPS同步信号的同步卜：探测仪以同步精度为10-7s北京标准时间,按10-7s精度计时。在高精度时钟下,和CPU板配合对冋击磁场信号进行波形采样、分析，测量其波形特征点。2.5CPU模块CPU模

8、块管理整个探测仪自检、测量、数据处理及控制等部分。完全按预编程方式运行。并将测量的冋击数据送往通讯接口。探测仪阈值、通讯波特率等参数可以用软件命令和DIP开关设置。2.6探测仪口检口校仪器通电后，探测仪在CPU的控制下，通过自检天线发出标准测试信号，对探测仪各功能模块进行测量，测量内容为：仪器温度、GPS定位精度、恒温晶振稳定度和准确度、南北及东西向磁场通道增益、电场通道增益、A/D变换精度。测量的结果自动保存，有错误，自动报警。由于探测仪环境的变化，1h仪器自检1次