大氣電場特征研究在雷電預警的應用

馬 磊 石 濤 蘇玉宗 何啟明

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1 大氣電場特征

地面具有一定的負電特性，而大氣中則含有正電荷，這樣在地面與大氣之間就會存在一定的場強的電場，而且場強的方向則是從大氣指向地面。由于大氣狀況是動態變化的，因此大氣電場的場強也是一個動態變化的過程。以下就針對晴天和擾動天氣下的大氣電場進行分析。

1.1 晴天大氣電場 晴天大氣電場就是在晴天的環境下在大氣內所存在的電場。由于天氣晴朗，沒有任何的干擾，因此此時電場的場強方向是垂直指向地面的。而且此時場強的強度在120V/m左右。在晴天的上午，由于大氣溫度的不斷上升，其空氣對流程度會不斷的增強，此時在靠近地表的大氣中氣流會頻繁的與上層空氣中的大氣進行交換，這樣在靠近地面的大氣中其氣溶膠的濃度就會在對流中不斷的減小，從而降低地表大氣電場的場強大小。一般在上午的八時到下午的四時之間此時的場強會比較的小，而其余的時間場強則比較的大。場強波動的幅度大約在50%左右。除此之外場強的大小還會受到季節的影響。比如說冬季的地表溫度低，而夏季的地表溫度大，因此冬季的場強要大于夏季的場強。

1.2 擾動天氣大氣電場 擾動天氣就是指雷電、強降水等一些變化無常的氣象。當出現擾動天氣時大氣電場的場強方向以及場強大小都會發生非常明顯的變化，而且該變化具有無規律特點。比如說對于雷雨天氣來說，其場強會在15-20kV/m的范圍內進行無規則變化，而且其變化的頻率非常的快，同時在場強變動時其場強的方向也會隨機發生變動。

對于雷電氣象來說其大氣電場的變化經歷了初始期、高峰期和消散期三個不同的時期。在每一個時期內大氣電場都是變動的。當大氣中的對流現象不斷增加，其積雨云就會不斷的成熟，這樣在積雨云中就會產生非常多的電荷，與此同時在大氣層中其電場的場強也在不斷的增加。有時候在大氣中還會發生一些小毛刺現象，這就是閃電，此時還不會出現雷。隨著積雨云電荷的不斷積累，就會進入到高峰期。在高峰期內電荷會出現碰撞，這樣就會頻發的出現閃電和強雷現象。這是由于在高峰期內大氣電場中的正電荷與負電荷之間出現交替，從而產生的放電現象。隨著大氣電場中的電荷不斷發生放電現象，其場強在不斷的減少，發生閃電和強雷的現象也在不斷的下降，直到消失。

在晴天狀態下大氣電場處于一個穩定變化幅度范圍內，而擾動天氣下的電場則是一個變化無常的過程。因此對大氣電場進行監測，可以起到雷電預警作用。

2 大氣電場特征在雷電預警中的應用

大氣電場特征能夠反映出大氣內的電荷積累狀況，從而在雷電預警中起到良好的作用。當前許多的研究人員在進行研究時就針對大氣電場特征進行監測，從而對雷電現象進行預警。

言穆弘等人在進行研究時以太平洋區域內的大氣電場情況進行監測，其通過對晴天和雷電天氣下的大氣電場狀況進行分析，了解其大氣對流狀況。同時其在進行研究時還針對1976年到1985年期間的太陽黑子運動進行分析，研究太陽活動狀況與雷電氣象之間的相對關系。李其深等人在進行研究時則是對大氣電場與雷電之前的相對關系進行分析，提出在各種雷電現象下其大氣電場的實際分布狀況。張廷龍等人在進行研究時則是以大氣電場變化情況為基礎，對雷電氣象下的大氣電荷情況進行推演。從以上的研究內容中可以發現許多的研究人員已經將大氣電場應用到雷電預警工作中。從這些研究內容中可以發現大氣電場在雷電預警中的應用主要有：

(1)當雷電來臨之前，大氣內的電場會發生一定幅度的變化，此時在進行預警時通過對大氣內的電荷分布狀況、電荷的極性等進行監測，然后根據當前電荷變化和移動狀況進行推測，就可以充分的了解到良好的雷電預警作用。在進行大氣電場監測時需要根據實際情況設置不同等級的報警設定值，這樣可以根據大氣電場實際情況更為準確的進行雷電預警工作。

(2)在進行雷電預警時如果其大氣電場的場強已經超過了設定值，此時就需要對大氣電場的實際情況進行判定，確定是否存在快變抖動等現象，這樣就可以在提高預警的準確性。同時通過研究發現隨著大氣電場場強的不斷變化，其變化率的大小與雷電有很大的關系，而且通過對變化率的變化情況進行分析能夠更好的起到雷電預警作用，因此針對這樣的現象，在進行雷電預警時可以將電場變化率作為一個主要的指標來進行監測和衡量。

(3)由于大氣電場經常處于變化狀況下如果單獨對其進行監測，很容易就會出現誤報等現象，因此在進行監測時可以將其與閃電定位系統結合在一起進行應用。通過定位系統的作用對閃電所處的位置進行判斷，可以對雷電的具體位置以及雷電的方向進行準確判定，最終起到預警作用。

結語

從以上的分析中可以了解大氣電場在晴天天氣下會呈現穩定變化特征，而在擾動天氣下則會出現劇烈變化，因此對大氣電場進行監測可以起到良好的雷電預警作用。通過對大氣電場中的電荷變化進行監測，并與閃電定位結合在一起，能夠有效減少誤報次數，提高預警準確性。