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1、,雷电探测方法,光学探测 空间电荷遥测 3) 电磁场测量 4) 甚低频/低频定位 5) 甚高频定位,地基探测,慢天线,快天线,3) 快慢电场变化测量仪,慢天线工作原理图,采样率；记录长度； 触发电平；预触发时间；电阻较大 106109；时间常数（=RC）,地闪,云闪,新型快、慢天线资料,测量结果,- 地闪的识别依据 回击和梯级先导电场变化波形,快慢电场组网,4.1 一般原理方法 4.2 闪电定位系统,4） 甚低频（VLF/LF)定位技术,3.1 一般原理方法,MDF定位技术 TOA定位技术 混合法,4.2 闪电定位系统（LLS),探测仪结构(DF),闪电定位算法：MDF,闪电定位算法：TOA,
2、时差测向混合系统算法. LLS参数,北美雷电监测定位网,1991年开始建设，到目前为止建成187个探测站，探测范围覆盖美国与加拿大大部分区域。 探测精度500 探测效率80%,大约190个探测站组成，基本覆盖我国25个省市区，初步形成国家雷电监测网，,我国国家雷电探测网的初步规划,定位误差的优化(场地误差）,定位误差的优化（场地误差）,全球VLF/LF 定位：WWLL得到的亚洲地区闪电活动,每一个接收站包括一个VLF天线、前置放大器、一个GPS。WWLLN工作在甚低频频段，因此可以探测到几千公里外闪电发生的电磁辐射信号。为避免干扰，全球40个测站中至少有5个测站探测到同一VLF信号时，才被视为
3、一个闪电。,2005-2008年西北太平洋海棠 (Haitang),泰利(Talim)、珍珠(Chanchu)、蔷薇(Jangmi),森拉克(Sinlaku)，,2080 km处的眼壁区域; 200-400km和以外的外雨带中; 600 km处,Molinari等（1999）：认为这种闪电密度的分布特征支持了台风的对流结构被分为三个明显区域的观点。这三个区域是：眼壁、内带和外带。眼壁具有海洋季风对流深厚的、弱起电的特征。内带有与中尺度对流系统拖尾的层状云区域相似的特征，包括可产生相对高的正闪。外带是台风中地闪发生最主要的区域。,台风中心最大风速急剧增大的阶段，眼壁上的闪电爆发，而在眼壁闪电爆发
4、的几个小时后中心风速达到最大值，有个别台风在台风最强期间的前半段眼壁闪电爆发，这对台风强度的预报有一定的指示意义。在台风减弱阶段，中心闪电发生很少。,5） 甚高频（VHF）定位技术,时差法： 长基线时差法 短基线时差法 干涉仪法： 宽带干涉仪 窄带干涉仪,优点：资料最详细 缺点：分析繁琐 组成：五个宽带垂直极化天线来完成的。 LDAR：七个组成部分，6个天线大致安装在六边形的顶点，中心是第7个天线，信号通过微波与处理器连接。,1983年Proctor的布阵,时差法：长基线（LDAR）,LMA: 在美国2000年夏季的STEPS(Sever Thunderstorm Electrificatio
5、n and Precipitation Study) 实验中，LMA闪电观测系统共设有13个测站，可以探测300km以内的闪电活动。,LMA接收天线,LMA的观测结果（STEPS 计划）,长基线的局限性： 虽然长基线的TOA辐射源定位系统有较高的定位精度，但由于需要多站同步观测势必增加GPS等许多观测设备，在某些多山地区观测时，地形也会造成非常不利的影响。,短基线时差法： 基线短 设备简单地 地形要求低 易判同事件 定位精度低 适于定近闪 基线长度10米 天线距地1.83米 天线长2.15米,4.1 时差法：短基线,天线,短基线系统的主要性能指标,1.中心频率：280MHz 2.带宽：10MH
6、z 3.采样频率：2G/s 4. 最小时间间隔：1s 5.有效探测距离： =10km 6.定位误差 方位角： 1仰角: 3 ,计算方法,当辐射源的方位角在090范围内时，有：,其中为仰角，为方位角。,即：,云闪15201001 声、光差：11.82秒。图中比例：每格10ms。 最初20毫秒时间里发生在主负电荷区的K变化向上发展到上部正电荷区域，速度为：8.25*10-4米/秒。,慢天线,快天线,干涉仪定位原理,辐射源定位计算方法,VHF：相位差的问题,利用相位差计算入射信号 与相应基线的夹角,利用信号与两个相互正交 的基线的夹角计算方位角 和仰角,通过快速付里叶变换得出 信号到达不同天线的相位
7、差,闪电VHF窄带干涉仪,原理：通过测量闪电辐射源信号到达两天线的相位差而确定辐射源的二维位置（方位角和仰角）。基线长度分别为4.5和1。,采用沿两正交方向长短基线的5天线阵列。,干涉仪原理,长基线,长基线,短基线,短基线,闪 电 VHF 窄 带 干 涉 仪 定 位 原 理,Q,I,检相器,VHF窄带闪电定位系统,云 闪 010134 的 辐 射 源 定 位 结 果,云 闪 004417 电 场 和 辐 射 变 化 记 录,宽带干涉仪,1996年Shao首先提出宽带信号定位的设想。 优点： 硬件集成相对简单；得到宽辐射频谱,宽带干涉仪天线,宽带干涉仪,1,2,Radiation Source,
8、D,Radiation Source,Sensor : Circular plate antennas (Band width : 25-100MHz) Recording time : 2.5s2048segments,平面投影显示方式,仰角-方位角显示方式,基于干涉法的另一套设备：SAFIR系统,法国的Dimensions公司于20世纪80年代推出了SAFIR系统 自动、连续、实时监测云闪和地闪的发展过程，并具有长达200km的基线探测能力 提供闪电的空间（二维和三维）分布，频数分布、密度图、和闪电过程发展的趋势图等；具有较高的分辨率；能够探测跟踪雷暴过程的发展，对灾害性天气有预报和预警功
9、能。 目前这项技术已发展成熟，并在欧亚一些国家建网使用,SAFIR系统接收天线,怀柔,永清,丰润,北京小网,VHF干涉法的优点和局限性,雷电过程中VHF高频段的信息比LF-VLF低频段部分丰富的多，所以可以更高效的探测云内的微放电过程，资料更全面 VHF干涉法技术的定位精度和探测效率高，VHF雷电脉冲沿直线传播，传播受地面传导率、电离层变化，以及地形变化的影响小，同时VHF干涉法技术受雷电辐射源信号的波形和幅度影响小 TOA技术对闪电产生的孤立脉冲的定位具有优势，而VHF技术对闪电产生的连续脉冲的定位则更好一些,闪电的空间探测,OTD/LIS(极轨卫星光学成象感应器） LMS(静止卫星光学成象
10、感应器） FORTE(VHF + PDD) 多星闪电探测定位,极轨探测,不能连续监测特定地区的雷暴过程，低重复率、间断式观测、采样。 不能鉴别云闪和地闪。,1 LIS: 90分钟绕地一圈，24小时大约15.7圈；FOV 80*80度,580*580平方公里；分辩率 4Km(at nadir); DE 90%; 图像刷新率 2ms;,OTD 和LIS 都工作在中性氧原子近红外的谱线(777.4nm)，其独特的设计使得传感器即使在白天有日光反射的云顶背景下仍然能够识别出闪电的信号，利用闪电信号与背景信号之间的时间、空间和光谱特性差异从而识别出闪电的信号。 利用美国NLDN 的探测资料对OTD 的精
11、度、准确度和探测效率等方面进行了交叉检验，发现OTD 的平均空间精度为20-40km，时间精度达100ms，对云地闪电的探测效率为46%69%。,非洲、美洲、东南亚及澳洲(这里称为海洋性大陆) 三个区域被称为热带烟囱。非洲是最显著的大陆性“烟囱”(雷电最多，降水最少)，海洋性大陆是最显著的海洋性“烟囱”(降水最多，雷电最少)，南美大陆介于两者之间，称为“绿色海洋” 。,处于热带的非洲、美洲、东南亚及澳洲(这里称为海洋性大陆) 三个区域被称为热带烟囱(Williams, 2003)。三个区域在雷电和降水方面的排名清楚地显示出，非洲是最显著的大陆性“烟囱”(雷电最多，降水最少)，海洋性大陆是最显著的海洋性“烟囱”(降水最多，雷电最少)，南美大陆介于两者之间，称为“绿色海洋” 。,FORTE,1 2 825Km,倾角70度，1997,FORTE 研究目标,进行FORTE资料与 LIS 及地基（VLF系统:NLDN, ATD等）相互比较； 了解 云内窄LBP 放电信号； 结合光脉冲信号和RF辐射，鉴别云地闪。,结论,地基闪电监测网的进一步发展和完善是大气科学发展的客观要求。 多星闪电探测和空地一体化的观测系统是未来闪电探测的发展方向。 世界雷电探测设备制造业存在激烈的竞争兼并现象，值得注意。,
