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閃電定位儀又稱雷電監(jiān)測(cè)定位儀,是指利用閃電回?fù)?a href="/baike/list_8252.html">輻射的聲、光、電磁場(chǎng)特性來(lái)遙測(cè)閃電回?fù)舴烹妳��?shù)的一種監(jiān)測(cè)雷電發(fā)生的自動(dòng)化的氣象探測(cè)設(shè)備,它可檢測(cè)雷電發(fā)生的時(shí)間、位置、強(qiáng)度、極性等。

雷電是發(fā)生在大氣對(duì)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(xiǎn)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(huì)造成很大的損害。閃電、雷擊還會(huì)影響導(dǎo)彈、火箭的發(fā)射與運(yùn)行,使飛機(jī)的無(wú)線電通信和電子設(shè)備受到干擾、雷電對(duì)航空兵作戰(zhàn)、訓(xùn)練、飛行安全和軍事行動(dòng)有重要影響,嚴(yán)重的還可能使飛機(jī)遭受雷擊而墜毀。人們一直在致力于閃電探測(cè)設(shè)各與雷暴災(zāi)害早期檢側(cè)、預(yù)報(bào)技術(shù)和方法的研究。

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

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

一、對(duì)流云發(fā)展初期,同時(shí)產(chǎn)生靜電場(chǎng)的起電過(guò)程;
二、云內(nèi)開(kāi)始出現(xiàn)閃電過(guò)程;
三、云內(nèi)閃電過(guò)程加劇,同時(shí)開(kāi)始云對(duì)地的閃電;
四、云內(nèi)閃電衰退,而云對(duì)地閃電加劇。

云地之間的閃電是在云對(duì)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(fù)電子通道(channel)發(fā)生所謂的梯級(jí)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(dòng),形成一次回?fù)暨^(guò)程,在一次云對(duì)地的放電過(guò)程中,可以包括幾個(gè)這樣的閃擊過(guò)程,相互之同可以具有一定的時(shí)間差和空間散布,因?yàn)橐淮伍W電過(guò)程會(huì)在云底形成數(shù)個(gè)電離的通道。

閃電定位系統(tǒng)是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),它所覆蓋的范圍越大,信息通信越先進(jìn),其系統(tǒng)的定位精度越高,同時(shí)能滿足用戶對(duì)資料實(shí)時(shí)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(dá)到下述指標(biāo):

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

二、對(duì)于大的閃擊,峰值電流16 kA以上的閃擊探測(cè)效率為90%。

三、閃擊落地的定位精度應(yīng)達(dá)到500m。

測(cè)定閃電的電磁場(chǎng)輻射并不困難,任何一臺(tái)簡(jiǎn)易的收音機(jī)都可以在閃電時(shí),在任何一個(gè)波段收聽(tīng)到對(duì)正常廣播內(nèi)咔嚓咔嚓的噪音干擾,關(guān)鍵是如何確定來(lái)自遠(yuǎn)處閃擊電磁場(chǎng)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(duì)成正交的磁場(chǎng)線圈,測(cè)定閃電所在的正確方位,稱做方位測(cè)定法另一種方法是測(cè)定閃電的電磁波從落地點(diǎn)傳播到探頭所需要的時(shí)間,稱做時(shí)間到達(dá)法。

20世紀(jì)70年代中后期,美國(guó)肯尼迪航天中心(NASA/KSC)率先開(kāi)展了閃電探測(cè)與預(yù)警業(yè)務(wù),閃電定位系統(tǒng)(LIS)及其探測(cè)資料和產(chǎn)品在歐美等主要發(fā)達(dá)國(guó)家得到廣泛應(yīng)用。1976年,美國(guó)人克瑞德(Krider E P)等采用單片機(jī)技術(shù)成功地對(duì)原雙陰極示波器閃電探測(cè)儀進(jìn)行改進(jìn),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(hào),克服了原來(lái)窄波信號(hào)帶來(lái)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(cè)效率在90%以上。80年代中期和末期,幾乎世界上所有發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)都布有這種設(shè)備組成的雷電監(jiān)測(cè)定位網(wǎng)。與此同時(shí),美國(guó)大氣科學(xué)研究公司研制出了一種時(shí)差法雷電定位系統(tǒng),1986年形成產(chǎn)品,并在美國(guó)東部布網(wǎng),在日本、巴西、澳大利亞等國(guó)家和地區(qū)建網(wǎng)。進(jìn)人90年代,在測(cè)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了時(shí)差功能,稱為時(shí)差測(cè)向混合系統(tǒng),采用數(shù)字信號(hào)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(jìn)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(cè)效率上比原系統(tǒng)有較大的提高。除了[·.述兩種雷電監(jiān)測(cè)定位系統(tǒng)外,還有單站法雷電定位儀、短基線時(shí)差法雷電定位系統(tǒng)和VHF閃電軌跡測(cè)定系統(tǒng)等。

我國(guó)于1992年由中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)研制出第一臺(tái)單站閃電定位儀。2002年,信息產(chǎn)業(yè)部第22電子研究所開(kāi)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(lái),我國(guó)地區(qū)性的雷電監(jiān)測(cè)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(cè)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)。