利用地面大气电场监测实现雷电预警

地面平均大气电场仪通过监测地面附近一定范围内的大气电场,间接实现了对云层中,特别是雷暴云中的带电状况实时监测.以2008年的5月发生在西安泾河的三次雷电天气过程为例.结合闪电定位实时监测资料和雷达回波产品进行分析.结果表明:大气电场监测资料与地闪定位监测实况、雷达回波产品结合,能够有效监测发生在探测点周围局地对流的发生、发展、成熟、减弱不同阶段特征,实现对雷电灾害的短时预警.     

基于大气电场的雷电监测预警方法

利用大气电场强度数据设计了一种雷电监测预警方法,并对江西省南昌县2020年8月的一次雷电过程进行预测。首先对大气电场仪采集的电场数据进行去噪处理和缺失填补,然后利用经验模态分解法分解大气电场数据,得到大气电场数据的幅值和频率的分布特征,运用多元回归模型构建雷电预警模型,预测未来一段时间内的大气电场强度值。参考大气电场强度等级划分表,开展雷电监测预警。结果表明,运用模型预测的大气电场强度结果与实况之间的可决系数均在0.9以上,即大气电场强度预测结果与实况较为接近,该监测预警方法具有一定的可行性。     

地面电场资料在雷电预警技术中的应用

论述利用地面电场仪的探测资料对雷电预警预报的技术方法，以大气电场测量为基础，利用地面电场仪的组网，实现自动、连续、实时监测雷雨云中强雷电活动中心在地面产生的电场强度、极性以及闪电数等，提供监测范围内雷暴强电荷活动中心的发生发展演变特征和整个雷暴过程中雷电活动位置和发展信息。同时结合闪电定位系统的观测，为雷电的监测和预报提供更充分的信息。     

近地面大气电场数据EMD方法分析

将经验模态分解(EMD)方法应用于2009年夏季近地面大气电场资料的分析,分解出雷暴和晴天天气大气电场的不同时间尺度变化分量,并提取两类天气状态下的大气电场振荡特征进行对比.结果表明:EMD方法适合应用于近地面大气电场资料的分析,雷暴天气大气电场以晴天天气大气电场作为背景场,包含了周期振荡平稳的晴天天气成分;晴天天气大气电场能量集中于长周期振荡分量,而雷暴电场能量主要是集中于短周期振荡分量.发生雷暴前,IMF(本征模态函数)1分量的中心频率会出现明显跳跃或其对应幅度明显增大的现象.利用这些特征对随机选出的38次过程进行预报效果检验,得到预警的探测概率为84.2％.     

基于大气电场的雷电监测预警技术研究

通过安装于海口永庄地面观测站内的AMEO340大气电场仪监测到的2011年度大气电场资料,并结合闪电定位、多普勒雷达资料,重点研究小范围区域(监测点中心2km区域)内过顶雷暴天气大气电场特征,寻找雷暴发生时大气电场强度的预警阈值以及预警时间值,为今后针对高尔夫、油库等小范围区域开展雷电预警专项服务打下基础。     

基于大气电场资料的雷电临近预警研究

通过分析深圳地区2012年6—9月17次雷暴过程的电场观测资料,并结合广东省闪电定位资料,发现当雷暴云移近电场仪测站时,在测站的防护区内(距测站10 km半径范围内),闪电发生前的电场幅值快速增加且伴随有快变抖动的现象,并且快变抖动和闪电的发生具有0-1化对应关系,即当有电场的快变抖动出现的情况下,电场达到一定阈值并维持一段时间后,防护区内发生闪电的可能性很大.因此根据大气电场的波形特征,提取出与闪电相关性较高的因子,利用多元回归技术建立一套预报方程,根据该预报方程得出最佳预警参数.结果表明:当大气电场阈值达到0.86 kV/m,且在10.73 min内电场能维持在阈值上,并伴随有电场的抖动时,在防护区内发生闪电的可能性很大,预警准确率达53%.     

大气电场仪在雷电预警中的应用

为了提高雷电预警和雷电防护技术服务,有效地探测雷电的发生、发展,利用大气电场仪,实时获取雷电的发生、发展观测数据,结合雷达、闪电定位、卫星等其他观测资料,追踪出雷电的移动轨迹和电场强度变化,按指数趋势对未来趋势进行系统分析,形成特定区域的雷电短时预警,避免和减轻雷电可能造成的灾害和损失。     

地面大气电场资料在强对流天气预报中的应用

利用大气电场仪对2008年6～10月天津地面大气电场变化进行连续监测。讨论晴空、稳定型降水、飑线和暴雨天气下地面大气电场强度特点,结合新一代多普勒天气雷达资料和闪电定位资料,对2008年9月4日飑线过程和2008年7月14日暴雨过程进行分析。结果发现:大气电场仪曲线在雷暴发生前15～50min剧烈变化,在强对流天气的雷电监测中有明显的指示作用。结合雷达资料和闪电定位仪资料能够提高雷电预警和短时临近预报的准确率,多站点的大气电场仪数据能够扩大雷暴监测范围并且判断雷暴云移动路径。     

电场时序差分在雷电预警中的有效性分析

目前国内应用地面大气电场仪进行雷电预警一般使用阈值法,这一方法直接使用电场观测值的多重阈值来进行预警,在实际应用中容易出现误报和漏报的现象.本文通过对晴天大气电场和雷暴天气大气电场分析了大气电场时序差分的基本特征,并结合SAFIR3000闪电定位观测数据,对典型雷暴过程下的电场时序差分进行了深入分析.本文还选取了有雷暴发生和无雷暴发生的预警应用个例进行了分析,分析结果表明电场时序差分的应用能在一定程度上提高雷电预警的效率.     

闪电和大气电场资料在预警业务中的应用

近9a来,陕西省的闪电定位监测和大气平均电场资料不断积累,同时在预报预警业务中不断应用和研究,实践表明:闪电与强降水相关性好,在预报业务中,可以利用闪电实时监测资料有效预警强降水的移动方向、发生区域,也可以有效测估测降水量;地闪的演变可以预测雷暴的移动方向,地闪对雷达回波有明显的引导作用,闪电发生比≥30dBz的回波出现提前约10min;结合高低空观测、卫星云图、雷达、闪电监测实况等资料,关注大气电场强度变化、快速抖动特征,大气电场雷电预警可提前约28min。     

北京地区大气电场的特征及雷电预警中的订正分析

摘要：利用北京市气象局4个大气电场仪2009年春季、夏季和秋季的监测资料,分析了本地区大气电场各季节日变化、晴天和雷暴天气下的变化特征,分析结果表明：北京地区全年大气电场具有“双峰双谷”的日变化特征,峰值出现在07～09时和20～23时,谷值出现在04～06时和15～17时,全年大气电场的平均值为0.31 kV/m;全年晴天大气电场的日变化规律要比年平均更为明显,其电场值要比全年日平均值大40%左右;雷电的发生与电场仪的快变抖动之间存在着很好的对应关系。根据大气电场的变化特征和所对应的雷暴过程对大气电场的雷电预警阈值进行了订正,研制出新的三级雷电警报阈值分别为2.84 kV/m、5.58kV/m、8.29kV/m,并对警报阈值进行可靠性检验,即将新的三级警报阈值的准确率和电场仪默认的警报阈值的准确率进行比较分析;分析结果指出,夏季三个级别警报阈值的准确率分别为67.4%、78.4%和90.6%,一级警报阈值的准确率提高了约25%,二级和三级警报阈值的准确率提高了5%-20%。最后,结合闪电定位资料和北京城八区局地电场监测网分析了2009年6月16日一次雷云经过本市的放电过程,为在其他气象探测资料（雷达、探空、闪电定位等）无法提供的或者通信电力无法保障的地区使用电场仪预警雷电的发生提供参考。     

基于地面电场资料的雷暴临近预报研究

利用总体平均经验模态分解算法(EEMD),对南京地区2010—2011年6—8月近地面大气电场资料进行分析,研究了晴天、弱雷暴和强雷暴天气条件下大气电场的振荡特征。在单站电场仪观测范围内,以晴天大气为背景场,根据固有模态函数(IMF)方差最大值对应层数的动态特性,建立并验证了两种强度的雷暴临近预报模型。结果表明:弱雷暴发生前IMF方差最大值对应层数跳变幅度较平稳,而强雷暴跳变幅度逐渐加剧。对IMF方差最大值对应层数进行三次样条插值,可直观地表征雷暴发生发展过程,延长预报时间至1 h。利用这些特征对92个独立样本进行预报效果检验,预报的准确率为73.3%,虚警率为14.5%。     

Possible solar influence on atmospheric electric field

A physical hypothesis for the electrical coupling of the troposphere, ionosphere and magnetosphere has been proposed. It is shown that the vertical mass exchange takes place in the troposphere, ionosphere and magnetosphere by the gravity wave feedback mechanism through a chain of eddy systems. The vertical mass exchange gives rise to a vertical aerosol current which is responsible for the generation and mainte-nance of atmospheric electric field and also the variations in the H-component of the geomagnetic field. Any per-turbation in the troposphere would be transmitted to ionosphere and vice versa. A global perturbation in ionosphere, as the one caused by solar variability, is transmitted to troposphere influencing weather systems/geomagnetic/atmospheric electrification processes.The theory relating to the above physical mechanism is discussed. Also, results of analysis of at-mospheric electrical field data for Colaba, Bombay (8°53’ 56”N, 72° 48’ 54”E, 9.8 m ASL) and solar activity indices (Ap index, DST index and MSB crossing dates) for the 31 year period from 1936-1966 which provide statistical evidence for solar influence on atmospheric electrification processes are presented.     

基于小波分析的地面大气电场观测数据处理技术研究

使用南京信息工程大学实验场的AMEO340电场仪一年观测试验资料,将大气电场仪采样序列数据经快速傅里叶变换,得到序列的功率谱,对晴天和伴有闪电天气的地面大气电场数据进行小波函数为sym5的7层分解,某种程度上降低了地面大气电场数据波形的重叠度。通过对伴有闪电天气的地面大气电场数据进行小波7层分解,地面大气电场信号的低频部分不仅突出显示出地面大气电场值的主要变化趋势,而且能清晰地分辨出闪电过程中较强的正负地闪次数,为利用地面大气电场强度值的变化特征进行闪电预警提供了更有效的信息。     

大气电场仪观测结果的修订

大气电场仪是测量大气电场的重要设备,其测量结果受多种因素影响.通过一系列对比试验表明:电场仪采用探头正置或倒置结构时的观测结果基本一致,倒置结构有利于避免雨水带来的影响.不同的安装环境对测量结果的影响很大,为了消除这种影响,提出了对观测数据进行地面修订的方法,得到不同天气条件下的修订系数.所得结果对于实现多站电场仪联网观测的数据一致性有重要实际意义.     

The atmospheric electric field in Athens-Greece

Summary In the present study, the daily, annual and seasonal variations of the electric field in Athens-Greece, for all weather as well as for fair weather conditions, for the 16-years period 1965–1980 were examined. The daily variation of the electric field follows a double oscillation. A Fourier analysis was also used for the study of its diurnal variation. The results of the Man-Kendall test showed that the electric field at National Observatory of Athens (NOA), during the 16-years period, is essentially constant. In addition, the influence of the air pollution due to smoke and of wind speed on electric field was examined. It was deduced that an increase of air pollution results in an increase of electric field, while the electric field decreases as the wind speed increases.With 4 figures     

Lunar phases and atmospheric electric field

The association between the lunar phases and the atmospheric electric field has been investigated from the superposed epoch analysis of the lone series of continuous data of the vertical electric field for Colaba, Bombay (18o53’N, 73o48’E 11 mASL) for the period 1947-1966. Also the periodicities in the atmospheric electric field have been studied from the spectral analysis of the data. The study has indicated that when the full moon is within 4o of the ecliptic plane i. e., Bf 4o, the electric field peaks on the day of the full moon followed by a steep fall in the field val-ues up to 4 days following the full moon day and there after it showed a steep increase. Also, the electric field has exhibited 5-9 day periodicity and its multiples are nearly always present. The periodicity in the electric field corresponds with the average time interval between the successive magnetic sector boundary (MSB) crossings i.e., 7 days. On most of the occasions, the MSB crossing day is associated with a maximum of one or more of the wavelengths derived from the spectral analysis of the atmospheric electric field.     

雷电过程中大气电场信号处理方法探究

基于天津市蓟州区大气电场探测数据和闪电定位数据,利用功率谱分析、小波降噪和快速傅里叶变换等信号处理方法,分析了雷电天气过程中地面大气电场变化特征。结果表明,雷电过程中大气电场能量主要集中在低频部分,利用sym5小波函数进行7层或8层分解,提取的低频信号能够反映大气电场的主要变化特征。在首次闪电发生前1小时,大气电场的频谱幅值起伏变化明显,且远高于非雷电天气电场频谱幅值。通过欧氏距离判别法,判断大气电场频谱特征更接近雷电天气还是非雷电天气,可为雷电预报预警提供参考。     

大气电场的FFT频谱分析及雷暴预报研究

采用傅里叶变换方法将时域数据转换到频域,针对首次地闪发生(简称“雷暴天气”)和首次地闪不会发生(简称“非雷暴天气”)的大气电场强度数据做了幅度谱分析.研究发现,首次地闪前0.5h的大气电场数据与非雷暴天气中任意时段0.5h的大气电场数据的幅度谱分布具有明显差异,两类天气的幅度谱分布有一定规律可循.在此基础上对样本整理分类,将两类天气的平均幅度谱视为判别标准,利用欧氏距离判别法,对63个未知天气样本进行判别分类和效果检验,结果表明,此方法可供短时临近的首次地闪预警工作中予以参考.