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閃電定位儀又稱雷電監(jiān)測定位儀,是指利用閃電回擊輻射的聲、光、電磁場特性來遙測閃電回擊放電參數(shù)的一種監(jiān)測雷電發(fā)生的自動化的氣象探測設(shè)備,它可檢測雷電發(fā)生的時間、位置、強度、極性等。

雷電是發(fā)生在大氣對流層中的放電現(xiàn)象,主要在有雷雨云的情況下出現(xiàn),其中火花放電形成的閃電,一般分為地閃(即云一地之間的放電)和云閃(即云內(nèi)或云塊之間的放電)。閃電和雷暴是一種危險的天氣理象,森林、發(fā)電站、建筑、設(shè)備等一旦遭到雷擊,就會造成很大的損害。閃電、雷擊還會影響導(dǎo)彈、火箭的發(fā)射與運行,使飛機的無線電通信和電子設(shè)備受到干擾、雷電對航空兵作戰(zhàn)、訓(xùn)練、飛行安全和軍事行動有重要影響,嚴(yán)重的還可能使飛機遭受雷擊而墜毀。人們一直在致力于閃電探測設(shè)各與雷暴災(zāi)害早期檢側(cè)、預(yù)報技術(shù)和方法的研究。

目測雷電現(xiàn)象只能記錄其初始能目擊到的方向和時間,經(jīng)過天頂?shù)臅r間以及閃電和雷鳴之間的時間差,最終記錄下其離去的方向和時間,它所能觀測的區(qū)域范圍僅為方圓幾十千米,但是許多產(chǎn)業(yè)部門,例如電力、航空、化工等部門一旦設(shè)備遭到雷擊,或在較近的時段內(nèi)將有可能遭到雷擊,對部門的生產(chǎn)活動將產(chǎn)生重大影響,因而閃電的定位觀測的重要性是十分明顯的。

一塊積雨云演變的過程導(dǎo)致雷電現(xiàn)象的發(fā)生大致分為幾個階段:

一、對流云發(fā)展初期,同時產(chǎn)生靜電場的起電過程;
二、云內(nèi)開始出現(xiàn)閃電過程;
三、云內(nèi)閃電過程加劇,同時開始云對地的閃電;
四、云內(nèi)閃電衰退,而云對地閃電加劇。

云地之間的閃電是在云對地之間的電位差增高到一定程度,導(dǎo)致大氣層電離形成負電子通道(channel)發(fā)生所謂的梯級先導(dǎo),其下的地面與先導(dǎo)匯合,沿著已電離的通道,正電離子向相反方向移動,形成一次回擊過程,在一次云對地的放電過程中,可以包括幾個這樣的閃擊過程,相互之同可以具有一定的時間差和空間散布,因為一次閃電過程會在云底形成數(shù)個電離的通道。

閃電定位系統(tǒng)是一個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),它所覆蓋的范圍越大,信息通信越先進,其系統(tǒng)的定位精度越高,同時能滿足用戶對資料實時性的要求,按目前的技術(shù)水平,閃電定位資料技術(shù)要求可以達到下述指標(biāo):

一、能分辨出云對地閃電以及云間閃電I對云地閃電應(yīng)能分辨出首次以及隨后各次的閃擊。

二、對于大的閃擊,峰值電流16 kA以上的閃擊探測效率為90%。

三、閃擊落地的定位精度應(yīng)達到500m。

測定閃電的電磁場輻射并不困難,任何一臺簡易的收音機都可以在閃電時,在任何一個波段收聽到對正常廣播內(nèi)咔嚓咔嚓的噪音干擾,關(guān)鍵是如何確定來自遠處閃擊電磁場輻射源的確切位置,確定的方法基本有兩種一種是利用一對成正交的磁場線圈,測定閃電所在的正確方位,稱做方位測定法另一種方法是測定閃電的電磁波從落地點傳播到探頭所需要的時間,稱做時間到達法。

20世紀(jì)70年代中后期,美國肯尼迪航天中心(NASA/KSC)率先開展了閃電探測與預(yù)警業(yè)務(wù),閃電定位系統(tǒng)(LIS)及其探測資料和產(chǎn)品在歐美等主要發(fā)達國家得到廣泛應(yīng)用。1976年,美國人克瑞德(Krider E P)等采用單片機技術(shù)成功地對原雙陰極示波器閃電探測儀進行改進,研制出了智能化的現(xiàn)代閃電定位系統(tǒng),該系統(tǒng)采用寬波段接收閃電輻射的VLF信號,克服了原來窄波信號帶來的偏振誤差、電離層反射等不利影響,使涮角誤差在1°以內(nèi)。80年代初又增加了云地閃電鑒別技術(shù),使云地閃電探測效率在90%以上。80年代中期和末期,幾乎世界上所有發(fā)達國家和地區(qū)都布有這種設(shè)備組成的雷電監(jiān)測定位網(wǎng)。與此同時,美國大氣科學(xué)研究公司研制出了一種時差法雷電定位系統(tǒng),1986年形成產(chǎn)品,并在美國東部布網(wǎng),在日本、巴西、澳大利亞等國家和地區(qū)建網(wǎng)。進人90年代,在測向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了時差功能,稱為時差測向混合系統(tǒng),采用數(shù)字信號處理器(DSP)技術(shù)增加了數(shù)字波形處理,并用網(wǎng)絡(luò)的形式高速率送往中心站,用工作站進行波形相關(guān)性分析和定位處理。這兩種系統(tǒng)在定位度和探測效率上比原系統(tǒng)有較大的提高。除了[·.述兩種雷電監(jiān)測定位系統(tǒng)外,還有單站法雷電定位儀、短基線時差法雷電定位系統(tǒng)和VHF閃電軌跡測定系統(tǒng)等。

我國于1992年由中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)研制出第一臺單站閃電定位儀。2002年,信息產(chǎn)業(yè)部第22電子研究所開發(fā)的XDD03A型閃電定位系統(tǒng)在武漢、劑州和安陸三地安裝調(diào)試成功。近年來,我國地區(qū)性的雷電監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)展很快,陸續(xù)建立了北京、上海、三峽等地區(qū)雷電監(jiān)測系統(tǒng),2004年年、港、澳二方合建了珠江三角洲閃電定位系統(tǒng)。