大气电场仪在溪洛渡水电站坝区雷暴天气中的预警

三、大气电场仪在溪洛渡水电站坝区雷暴天气中的预警

1.大气电场仪在雷暴临近预报中的指示意义

大气电场仪是测量大气静电场变化，无定向方式预警雷电发生的专用精密设备。大气电场仪可以对闪电事件进行有效的监测。当电场值超过门限阈值时，出现报警，预示闪电即将发生；当有闪电发生时，大气电场仪指示的大气电场值会出现明显不规则振动。一般来说，若大气电场值达到±5kV/m以上时，预示雷暴云已经在方圆15km范围以内了，因此，一般设置报警阈值为±5kV/m，这时结合雷达回波和卫星云图的分析，可以确定未来雷暴影响本站的大致时间。

此外，大气电场仪可以探测到雷暴云中的弱放电，而这种弱放电正是出现明显的闪电过程的先兆。资料表明，雷暴云中弱放电比主要的云放电过程早约20～30min。当大气电场仪探测到云中的弱放电时，即可以知道闪电即将发生。

2.溪洛渡雷电预警系统

表5.7　　　　溪洛渡水电站坝区2006～2007年25次雷暴天气过程的大气电场特征值

续表5.7

溪洛渡水电站雷电预警系统由地面电场仪实时探测周围地区的电场信号，经数据采集系统进行一系列数字信号处理后，通过网络通信方式将电场数据传送到计算机上，由专门的地面电场处理软件进行实时电场资料的显示和使用。逐次雷暴过程大气电场特征值见表5.7。

（1）系统的预警时间

该系统所使用的电场仪能有效地监测坝区方圆5～12km内的雷暴系统，在5kV/m的报警阈值下，电场仪投入运行后，已成功监测到2006年汛期到2007年坝区25次明显的雷暴天气过程（其中14次为强雷暴），一般提前13～59分钟发出报警，最长的报警时间提前2小时以上，提前6～9分钟发出报警的个例只有4个（但一般为弱雷暴），为值班预报员向各施工单位发布雷电预警信息、施工单位及相关人员及时做出预防措施提供了较为充裕的时间，对雷暴的预警起到了很好的服务效果。

（2）通过该系统可判别闪电的种类

实时电场曲线图中电场负值对应的闪电类型为负闪，而电场正值对应的是正闪。科学工作者的测试也表明：雷暴发生时，大部分是负电荷从雷雨云向大地放电，少数是雷雨云上的正电荷向大地放电，在一块雷雨云发生的多次雷击中，最后一次雷击往往是雷雨云上的正电荷向大地放电。负闪中的负地闪会对地面设施，尤其是对坝区的电力设施会造成严重威胁，需要及时做出预防措施，避免造成人员伤亡和财产损失，这一特性，对于提高雷电预警服务质量发挥了积极的作用。

（3）可监测云闪和地闪来看雷电的持续时间和强度

一般来说，雷暴云起电的过程很短，而且在发生云闪或地闪时，雷暴云中电荷量在瞬时的突然变化，反映到地面电场能形成脉冲式变化（陡变）。即电场值变化曲线图上每个“长针”代表闪电放电一次，且云闪陡变值小（对应电场仪图上“针形”短），地闪和雷声大时电场值陡变大（对应电场仪图上“针形”长）。“长针”频率越高，表示闪电密度越大，雷暴所带电的强度就越大，雷暴越强，整个连续的“长短针”走向，就是雷暴过程中的振动。

3.问题与讨论

通过大气电场仪探测资料来区别云闪和地闪，必须通过陡变来识别，一般云闪陡变值小（对应电场仪图上“针形”短），地闪和雷声大时电场值陡变大（对应电场仪图上“针形”长），从而大致看出云闪和地闪的密度。但陡变多大为云闪？多大为地闪？只有通过与雷电监测系统的闪电定位仪资料的比较才能确定，这是今后需要进一步做的研究工作。

通常情况下，距离闪电源区30～40km的范围内能够听到雷声。大气电场仪的有效监测范围为方圆5～12km，超出了这个范围，即使听到雷声，也不会发出报警信号（漏警），这样的雷电称为远雷，在溪洛渡水电站坝区时有出现，远雷对坝区地面设施不会造成太大影响，但需要通过全省闪电定位仪监测网观察闪电的走向，做好预警准备。另外由于设备的原因，比如仪器问题也会出现漏警。统计结果显示，溪洛渡水电站坝区雷暴天气的漏警率为13.5％，是比较低的，其中大多是因为远雷而出现漏警。

大气电场仪可以监测雷电强度：闪电密度越大和（或）电场强度值越大，雷暴越强，可以看出不同雷暴类型之间大气电场波形的有所差别，但因雷暴系统的复杂性，大多是多种特征的叠加。因此，在灾害性天气出现之前并不能预测未来大气电场波形的分布而分辨出是什么类型的灾害性天气，这时只有依靠卫星云图和雷达回波的诊断和跟踪才能判断。因此大气电场仪的主要功能还在于提前预警——说明近距离有雷暴系统影响和本地区的不稳定层结。