[科普中国]-闪电定位系统

简介

闪电定位仪又称雷电监测定位仪，是指利用闪电回击辐射的声、光、电磁场特性来遥测闪电回击放电参数的一种监测雷电发生的自动化的气象探测设备，它可检测雷电发生的时间、位置、强度、极性等。

雷电是发生在大气对流层中的放电现象，主要在有雷雨云的情况下出现，其中火花放电形成的闪电，一般分为地闪(即云一地之间的放电)和云闪(即云内或云块之间的放电)。闪电和雷暴是一种危险的天气理象，森林、发电站、建筑、设备等一旦遭到雷击，就会造成很大的损害。闪电、雷击还会影响导弹、火箭的发射与运行，使飞机的无线电通信和电子设备受到干扰、雷电对航空兵作战、训练、飞行安全和军事行动有重要影响，严重的还可能使飞机遭受雷击而坠毁。人们一直在致力于闪电探测设各与雷暴灾害早期检侧、预报技术和方法的研究。1

功能目测雷电现象只能记录其初始能目击到的方向和时间，经过天顶的时间以及闪电和雷鸣之间的时间差，最终记录下其离去的方向和时间，它所能观测的区域范围仅为方圆几十千米，但是许多产业部门，例如电力、航空、化工等部门一旦设备遭到雷击，或在较近的时段内将有可能遭到雷击，对部门的生产活动将产生重大影响，因而闪电的定位观测的重要性是十分明显的。2

原理一块积雨云演变的过程导致雷电现象的发生大致分为几个阶段：一、对流云发展初期，同时产生静电场的起电过程；二、云内开始出现闪电过程；三、云内闪电过程加剧，同时开始云对地的闪电；四、云内闪电衰退，而云对地闪电加剧。云地之间的闪电是在云对地之间的电位差增高到一定程度，导致大气层电离形成负电子通道(channel)发生所谓的梯级先导，其下的地面与先导汇合，沿着已电离的通道，正电离子向相反方向移动，形成一次回击过程，在一次云对地的放电过程中，可以包括几个这样的闪击过程，相互之同可以具有一定的时间差和空间散布，因为一次闪电过程会在云底形成数个电离的通道。2

技术要求闪电定位系统是一个网络系统，它所覆盖的范围越大，信息通信越先进，其系统的定位精度越高，同时能满足用户对资料实时性的要求，按目前的技术水平，闪电定位资料技术要求可以达到下述指标：

一、能分辨出云对地闪电以及云间闪电I对云地闪电应能分辨出首次以及随后各次的闪击。

二、对于大的闪击，峰值电流16 kA以上的闪击探测效率为90%。

三、闪击落地的定位精度应达到500m。2

测定方法测定闪电的电磁场辐射并不困难，任何一台简易的收音机都可以在闪电时，在任何一个波段收听到对正常广播内咔嚓咔嚓的噪音干扰，关键是如何确定来自远处闪击电磁场辐射源的确切位置，确定的方法基本有两种一种是利用一对成正交的磁场线圈，测定闪电所在的正确方位，称做方位测定法另一种方法是测定闪电的电磁波从落地点传播到探头所需要的时间，称做时间到达法。2

发展历史20世纪70年代中后期，美国肯尼迪航天中心(NASA/KSC)率先开展了闪电探测与预警业务，闪电定位系统(LIS)及其探测资料和产品在欧美等主要发达国家得到广泛应用。1976年，美国人克瑞德(Krider E P)等采用单片机技术成功地对原双阴极示波器闪电探测仪进行改进，研制出了智能化的现代闪电定位系统，该系统采用宽波段接收闪电辐射的VLF信号，克服了原来窄波信号带来的偏振误差、电离层反射等不利影响，使涮角误差在1°以内。80年代初又增加了云地闪电鉴别技术，使云地闪电探测效率在90%以上。80年代中期和末期，几乎世界上所有发达国家和地区都布有这种设备组成的雷电监测定位网。与此同时，美国大气科学研究公司研制出了一种时差法雷电定位系统，1986年形成产品，并在美国东部布网，在日本、巴西、澳大利亚等国家和地区建网。进人90年代，在测向系统的基础上增加了时差功能，称为时差测向混合系统，采用数字信号处理器(DSP)技术增加了数字波形处理，并用网络的形式高速率送往中心站，用工作站进行波形相关性分析和定位处理。这两种系统在定位度和探测效率上比原系统有较大的提高。除了[·.述两种雷电监测定位系统外，还有单站法雷电定位仪、短基线时差法雷电定位系统和VHF闪电轨迹测定系统等。

我国于1992年由中国科学技术大学研制出第一台单站闪电定位仪。2002年，信息产业部第22电子研究所开发的XDD03A型闪电定位系统在武汉、剂州和安陆三地安装调试成功。近年来，我国地区性的雷电监测系统发展很快，陆续建立了北京、上海、三峡等地区雷电监测系统，2004年年、港、澳二方合建了珠江三角洲闪电定位系统。3