雷電短臨預(yù)警的普及及應(yīng)用

李博琛

摘 要：雷電給人類的生活帶來(lái)了極大的不穩(wěn)定。本文結(jié)合國(guó)內(nèi)外對(duì)雷電短臨預(yù)警的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，指出了其存在的問(wèn)題，并得出了雷電預(yù)警應(yīng)應(yīng)用化和標(biāo)準(zhǔn)化，以望提高雷電預(yù)警效率，為人民的生活，生命，財(cái)產(chǎn)等帶來(lái)有效的保障。

關(guān)鍵詞：雷電；研究現(xiàn)狀；預(yù)警問(wèn)題；應(yīng)用化；標(biāo)準(zhǔn)化

中圖分類號(hào)：P427 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1.國(guó)內(nèi)外雷電短臨預(yù)警研究現(xiàn)狀

1.1 概述

雷電侵害是全世界十大自然災(zāi)害之一，在全球每天都發(fā)生著地對(duì)地、云對(duì)地的閃電，將近800多萬(wàn)次。全球?qū)τ诶纂娗趾ν{到的森林資源、旅游資源、畜牧業(yè)、自然人體、公共設(shè)施、戰(zhàn)略資源、古建筑等等都有專項(xiàng)統(tǒng)計(jì)，但由于雷電分布的不均勻性、發(fā)生情況多變性、形成時(shí)間較短，對(duì)于其防護(hù)的措施大部分還是以被動(dòng)防護(hù)為主。現(xiàn)階段按照國(guó)際和國(guó)家的雷電防護(hù)相關(guān)法規(guī)規(guī)范進(jìn)行固定物體的雷電接閃泄放防護(hù)，對(duì)于移動(dòng)的物體、自然人、群體性戶外場(chǎng)所只能以警告和提示的方法避免遭受雷電的侵害。每年全球因?yàn)樽匀焕讚舳軅退劳龅娜藬?shù)達(dá)到了12000多人。

除了人身傷害，經(jīng)濟(jì)損失也是雷電次生災(zāi)害破壞力的主要體現(xiàn)。自然雷擊可歸類到天然火源和空間自然電磁輻射范疇，雷電發(fā)生的時(shí)間與地點(diǎn)受大氣中含有大量電荷的雨云分布、地面易燃物狀況、其他氣象條件所支配，常規(guī)的雷電次生災(zāi)害主要表現(xiàn)在火災(zāi)方面，但是普通的防火手段對(duì)于雷擊森林火災(zāi)發(fā)生來(lái)說(shuō)相對(duì)較為被動(dòng)。雷擊引起的森林火災(zāi)通常發(fā)生在人跡罕至的地區(qū)，一旦釀成火災(zāi)后很難及時(shí)發(fā)現(xiàn)，造成無(wú)法彌補(bǔ)的損失。

1.2 雷電預(yù)警的發(fā)展趨勢(shì)

雷電預(yù)警這個(gè)有針對(duì)性的叫法是近幾年才慢慢開(kāi)始走向市場(chǎng)化和實(shí)用化的，最開(kāi)始由當(dāng)?shù)貧庀蟛块T承擔(dān)在雷暴盛行季節(jié)對(duì)雷擊天氣現(xiàn)象進(jìn)行預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)的一種方法，預(yù)報(bào)未來(lái)24h的雷擊火險(xiǎn)等級(jí)，主要依靠當(dāng)?shù)貧庀笈_(tái)站直接觀測(cè)雷雨云資料和雷電參數(shù)資料，然后采取相應(yīng)防范措施。對(duì)于雷電發(fā)生的整個(gè)過(guò)程都納入到了科研需求當(dāng)中，以數(shù)據(jù)收集和過(guò)程機(jī)理的科研需求作為主要目的和需求。

自然雷擊的事故在有些特殊的領(lǐng)域或者行業(yè)當(dāng)中造成的影響是不可估量的，比如易燃易爆場(chǎng)所、石油化工領(lǐng)域、航空領(lǐng)域、學(xué)校教育類人員密集度場(chǎng)所等等，2014年5月9日由國(guó)務(wù)院法制辦正式下發(fā)通告，由國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督總局起草的《石油庫(kù)安全管理規(guī)定》中尤其針對(duì)自然雷電的預(yù)警防護(hù)提出了防雷防靜電的具體要求，第二十二條（十）要求“石化企業(yè)根據(jù)自身特點(diǎn)建立符合石油庫(kù)安全生產(chǎn)要求的有針對(duì)性的雷電防護(hù)預(yù)防性措施。石油庫(kù)應(yīng)建立雷電預(yù)警系統(tǒng)，雷電預(yù)警系統(tǒng)的探測(cè)單元在其系統(tǒng)使用壽命期內(nèi)應(yīng)符合全天候、耐環(huán)境、不間斷、無(wú)損耗、免維護(hù)的要求。”

2.雷電預(yù)警現(xiàn)階段遇到的問(wèn)題

2.1 雷電預(yù)警的準(zhǔn)確性

雷電預(yù)警的準(zhǔn)確性是現(xiàn)在落實(shí)到廣譜運(yùn)用的關(guān)鍵問(wèn)題點(diǎn)，要實(shí)際驗(yàn)證雷電預(yù)警的準(zhǔn)確性就必須從兩個(gè)方面作為切入點(diǎn)。第一，有可靠穩(wěn)定性的探測(cè)設(shè)備和系統(tǒng)完整的分析方法。第二，長(zhǎng)期進(jìn)行多地域、多環(huán)境驗(yàn)證搜集歷史信息作為樣本參考。

現(xiàn)階段能夠作為雷電預(yù)警在民用市場(chǎng)應(yīng)用的主要探測(cè)設(shè)備就是大氣電場(chǎng)儀，傳統(tǒng)的大氣電場(chǎng)儀以場(chǎng)磨式開(kāi)口的探測(cè)設(shè)備為主，該設(shè)備是測(cè)量大氣電場(chǎng)變化的探測(cè)設(shè)備，能將當(dāng)前大氣電場(chǎng)的峰值準(zhǔn)確的檢測(cè)出來(lái)，利用大氣電場(chǎng)的峰值在雷電發(fā)生前觀察峰值變化、峰值變化頻率等參數(shù)進(jìn)行雷電發(fā)生可能性的預(yù)判。

2.2 雷電預(yù)警的穩(wěn)定性

雷電預(yù)警探測(cè)設(shè)備的穩(wěn)定性是在實(shí)際應(yīng)用中關(guān)乎成本和有效性的關(guān)鍵指標(biāo)，受自然因素影響設(shè)備要定期維護(hù)和校準(zhǔn)就成了企業(yè)在應(yīng)用過(guò)程中的實(shí)際困難，后期的維護(hù)成本和維修費(fèi)用所造成的人力物力投入往往大于設(shè)備本身的投入資本。

往往沿海地區(qū)、化工企業(yè)是遭受自然雷擊的重災(zāi)區(qū)，也同樣因?yàn)檫@個(gè)原因這些地方的需求尤為迫切，但是這些企業(yè)的生產(chǎn)環(huán)境和自然環(huán)境往往浮塵、酸性氣體、鹽堿濕氣較為嚴(yán)重，針對(duì)開(kāi)放式的運(yùn)動(dòng)場(chǎng)模式大氣電場(chǎng)儀就是一個(gè)嚴(yán)峻的考驗(yàn)。耐腐蝕、全天候、免維護(hù)、不間斷、無(wú)損耗的企業(yè)實(shí)際要求將很難達(dá)到滿足。

3.雷電預(yù)警應(yīng)用實(shí)用化和應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)化

3.1 確保雷電預(yù)警儀的免維護(hù)

在實(shí)際應(yīng)用階段，作為雷電預(yù)警過(guò)程中的檢測(cè)設(shè)備之一大氣電場(chǎng)儀需要有高可靠性和穩(wěn)定性的運(yùn)行狀態(tài)，設(shè)備安裝應(yīng)用地點(diǎn)多數(shù)在露天空曠偏遠(yuǎn)地區(qū)，維護(hù)成本包含人工、配件、交通費(fèi)用，每次的維護(hù)成本最低也需要3000元/次。

將維護(hù)周期設(shè)定在5年一個(gè)周期才有較為實(shí)際的操作意義。盡量減除設(shè)備內(nèi)的長(zhǎng)期運(yùn)動(dòng)部件，保證設(shè)備耗損和維護(hù)的最低限度。暴露在空氣當(dāng)中的主要探測(cè)部件在抗UV、自然老化、金屬性電化學(xué)反應(yīng)上要做相應(yīng)處理，不然就會(huì)發(fā)生生銹腐蝕的情況造成設(shè)備嚴(yán)重?fù)p壞。

3.2 雷電預(yù)警設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)施工安裝的可操作性

設(shè)備在現(xiàn)場(chǎng)施工安裝過(guò)程中因?yàn)榈匦蔚膹?fù)雜性、樓面平整度、防水防蟲(chóng)等客觀因素存在，要求設(shè)備應(yīng)具有靈活適應(yīng)各種環(huán)境的安裝方案和成熟的適配配件來(lái)支撐安裝需求。

例如，樓頂頂層承重問(wèn)題、屋頂呈現(xiàn)斜度情況、屋頂不能破壞防水層等問(wèn)題，就不適合做預(yù)制承重水泥基礎(chǔ)，應(yīng)考慮在女兒墻如何裝配（圖1）。

以上的實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)安裝和裝配便捷度問(wèn)題在大量的實(shí)際應(yīng)用中能反映出設(shè)備人性化設(shè)計(jì)特點(diǎn)，力求穩(wěn)定、高效、便捷的現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)。

3.3 雷電預(yù)警結(jié)果的多數(shù)據(jù)源樣本采集

大氣電場(chǎng)儀作為判斷大氣電場(chǎng)的檢測(cè)設(shè)備，單一性的大氣電場(chǎng)參數(shù)收集不能作為雷電發(fā)生過(guò)程進(jìn)行預(yù)警的唯一標(biāo)準(zhǔn)，一定要結(jié)合氣象多要素參數(shù)進(jìn)行綜合判斷，例如風(fēng)速、風(fēng)向、溫度、濕度、水含量基本反射率DBZ、衛(wèi)星云圖等要素。在此基礎(chǔ)上再結(jié)合大氣電場(chǎng)的變化就能基本上從自然環(huán)境化學(xué)生成和電磁物理生成兩個(gè)大角度進(jìn)行預(yù)判雷電發(fā)生的可能性。后期結(jié)合發(fā)生的雷電電磁、聲向定位進(jìn)行驗(yàn)證才能在理論和實(shí)際數(shù)據(jù)中將雷電過(guò)程進(jìn)行基本表述和預(yù)警判斷（圖2）。

3.4 雷電預(yù)警應(yīng)用平臺(tái)的方向

系統(tǒng)性的預(yù)警前端監(jiān)控平臺(tái)是直觀反映雷電預(yù)警預(yù)報(bào)的主要映射媒介，為了方便現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控值班人員和非工作時(shí)段離崗的工作人員進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，應(yīng)該由綜合性強(qiáng)和靈活性強(qiáng)的不同應(yīng)用平臺(tái)進(jìn)行監(jiān)控應(yīng)用。

平臺(tái)的界面風(fēng)格也應(yīng)該根據(jù)應(yīng)用行業(yè)不同進(jìn)行有效區(qū)分，分為應(yīng)用性和數(shù)據(jù)分析性平臺(tái)。作為企業(yè)用戶關(guān)心的是預(yù)警的結(jié)果和實(shí)效性，而作為氣象行業(yè)和科研機(jī)構(gòu)就更偏向于整體數(shù)據(jù)展示和過(guò)程分析。展現(xiàn)平臺(tái)需求的不同也體現(xiàn)出了人性化和專業(yè)化的工作標(biāo)準(zhǔn)，能夠?qū)⑵脚_(tái)的要素提供有效信息接口供給第三方進(jìn)行數(shù)據(jù)的回籠和應(yīng)用也是在后續(xù)針對(duì)不同用戶應(yīng)用的專業(yè)功能。

參考文獻(xiàn)

[1]馬明，呂偉濤，張義軍，等.我國(guó)雷電災(zāi)害及相關(guān)因素分析[J].中國(guó)國(guó)際防雷論壇論文摘編，2008（23）：856-865