4雷暴階段以及用于預警的可探測現象

　　4.1 一般規定

　　根據可探測到的現象(參見(jiàn)附錄A),雷暴的生命周期包括四個(gè)不同階段:

　　a)初始階段;

　　b)成長(cháng)階段;

　　c)成熟階段;

　　d)消散階段。

　　4.2階段 1一初始階段(積云期)

　　在本階段，云通過(guò)其內部電荷的分離起電。電荷分布在云內不同區域,并產(chǎn)生-個(gè)在地面上可測量的靜電場(chǎng)。通常該靜電場(chǎng)被認為是一次雷暴發(fā)生前第一個(gè)可探測的現象。

　　注:靜電場(chǎng)可產(chǎn)生潛在的危險，比如在沒(méi)有雷電活動(dòng)的情況下依舊可發(fā)生靜電放電。

　　4.3階段2-一- 成長(cháng)階段

　　本階段,有時(shí)也稱(chēng)為發(fā)展階段,特征是發(fā)生首次云閃(IC)或地閃(CG)。在云內電荷區域發(fā)展到- -

　　定程度后,出現首次云閃。然而在某些情況下,首次云閃與首次地閃之間并無(wú)明顯時(shí)間延遲。

　　注:云閃通常代表了由雷暴產(chǎn)生的全部雷電活動(dòng)中的大多數。觀(guān)測到不同雷暴過(guò)程IC/CG比例的變化較大.

　　4.4階段3- - -成熟階段

　　本階段的特征是地閃和云閃均有發(fā)生。

　　4.5階段4一-消散階段

　　本階段的特征是云閃和地閃發(fā)生率均開(kāi)始衰減，且大氣靜電場(chǎng)降低至晴天時(shí)的水平。

　　5雷暴探測儀分類(lèi)及其性能

　　由于便攜式設備的傳感器未固定,對其的校準和測試可能不足以提供有效的預警.故便攜式設備不在本標準的范圍內。

　　雷暴探測儀應根據其可探測的雷暴階段進(jìn)行分類(lèi),雷暴的階段由該階段可探測到的雷暴現象確定。盡管如此，一個(gè)雷暴探測儀可以探測一種或幾種雷暴現象。

　　一般有幾種途徑可以評判雷暴探測儀探測雷暴,尤其是雷擊的方法。一種是查看探測儀能夠探測的雷暴階段;另一種是比較雷擊電磁輻射的頻段和傳感器可探測的電磁頻段;第三種是查看傳感器探測雷擊并計算其位置的技術(shù)。

　　雷暴或雷擊探測儀分類(lèi)如下:

　　——A類(lèi):探測雷暴階段1到階段4的整個(gè)生命周期;

　　——B 類(lèi):探測雷暴階段2到階段4的云閃及地閃;

　　——C類(lèi):僅探測雷暴階段3到階段4的地閃;

　　——D類(lèi):探測雷暴階段3的地閃以及其他電磁源,其探測效率非常低。

　　附錄B給出了這幾種類(lèi)型的詳細解釋。分類(lèi)方法與系統的效率無(wú)關(guān)。

　　雷電探測中使用的頻率范圍如下:

　　——DC:靜電場(chǎng)和準靜電場(chǎng);

　　——VLF:甚低頻(3 kHz~30 kHz);

　　——LF:低頻(30 kHz~300 kHz);

　　——VHF :甚高頻(30 MHz~ 300 MHz)。

　　所有這些現象均通過(guò)不同的傳感器和定位技術(shù)進(jìn)行測量,這些傳感器和定位技術(shù)區分如下:

　　——MDF:磁定向法;

　　——TOA:到達時(shí)間法;

　　——RFI:射頻干涉法; .

　　——FSM:大氣電場(chǎng)儀;

　　——RF:射頻法。

　　上述技術(shù)清單并不完全。

　　這些探測技術(shù)的詳細描述參見(jiàn)B.2。

　　雷暴探測儀應進(jìn)行型式試驗,方法參見(jiàn)附錄F.

　　表1給出了探測儀的工作頻率范圍與其對應的雷暴階段.工作分類(lèi)和典型探測距離之間的聯(lián)系.

　　雷暴預警系統(TWS)也可以按照探測距離進(jìn)行分類(lèi),探測距離通常從幾千米到500 km甚至更遠。附錄B給出了更多信息,以便選擇基于特定目的探測儀。

　　6警報方法

　　6.1一般規定.

　　為了提醒用戶(hù),并方便其采取一切可 能的預防措施,雷暴預警系統應為可能受到雷電相關(guān)事件(LRE)威脅的目標區域提供警報。這類(lèi)雷電相關(guān)事件可由第9章提供的危險情況描述進(jìn)行識別。一個(gè)警報的產(chǎn)生來(lái)自對雷電活動(dòng)的監測,可以是云閃或/和地閃,也可以是其他參數,如監測區域(MA)內的靜電場(chǎng),通常還需要結合其他氣象觀(guān)測,例如氣象雷達。對于能提供地圖信息的探測系統(雷電探測網(wǎng)絡(luò ).雷達等),可以通過(guò)追蹤具有潛在危險的雷暴云單體來(lái)提高雷暴預警系統的性能。有關(guān)雷暴預警系統的信息參見(jiàn)附錄B.

　　設置一個(gè)警報包括三個(gè)步驟:

　　——劃定區域;

　　——警報觸發(fā)判據;

　　——發(fā)送警報信息。

　　以上三個(gè)步驟宜進(jìn)行記錄。本章給出了設定警報的準則,附錄E列出了一些例子。

　　6.2區域

　　6.2.1目 標區域(TA)

　　對區域的精確描述宜包含需要預警的物理延伸區域。目標區城可限制在一個(gè)單一的點(diǎn)，例如有工人作業(yè)的塔.規模有限的工廠(chǎng)等，見(jiàn)圖1 a);也可擴展到較大的區域，例如大型建筑、風(fēng)電場(chǎng).高爾夫球場(chǎng)等,見(jiàn)圖1b)。但安全起見(jiàn),宜使用較大區域作為目標區域。在許多情況下,將雷電相關(guān)事件限定到地閃會(huì )使問(wèn)題簡(jiǎn)單化,因此需調整目標區城的大小和形狀以考慮到所有可能的誘導效應。例如，一個(gè)對線(xiàn)路過(guò)電壓敏感的系統,其目標區域應包括該系統場(chǎng)地、電源線(xiàn)以及附近區城[見(jiàn)圖1c)],故該目標區域發(fā)生的每一次地閃將被視為-一個(gè)可引起過(guò)電壓的雷電相關(guān)事件。因此,目標區域還取決于雷電相關(guān)事件的類(lèi)型及其可能產(chǎn)生的影響(見(jiàn)第9章)。

　　為確定雷暴預警系統警報的效率,評估時(shí)宜引入包含目標區域的周邊區城,如圖2所示。當周邊區域發(fā)生雷電相關(guān)事件,即使目標區城未發(fā)生雷電相關(guān)事件,此時(shí)對目標區域發(fā)出的雷電預警不宜統計為虛報(FA)。當周邊區域沒(méi)有發(fā)生雷電相關(guān)事件收到預警,宜視為-次虛報。此外,周邊區域的引入兼顧了定位精度的局限性。

　　6.2.3監測區域(MA)

　　監測區域的大小及形狀宜根據雷暴預警系統的類(lèi)型(參見(jiàn)附錄B)、性能(參見(jiàn)附錄B,例如探測效率和定位精度)、目標區域的形狀、預警系統目的及性能進(jìn)行調整。

　　6.2.4覆蓋區域(CA)

　　一旦確定了監測區城,探測系統宜劃定一個(gè)包含監測區域的覆蓋區城(CA)。當覆蓋區域未能完全包含監測區域而無(wú)法對目標區城進(jìn)行可靠預警時(shí),將幾個(gè)基本探測系統并列使用是非常必要的。這需要知道探測系統在監測區域內的探測效率(DE)和/或定位精度(LA),并兼顧這些因素對預警性能的影響(見(jiàn)圖2)。

　　通常,對于探測網(wǎng)絡(luò )來(lái)說(shuō),監測區城等于覆蓋區城。

　　一般情況下,監測區城內探測到雷暴預警系統提供的監測信息則會(huì )觸發(fā)警報。警報觸發(fā)判據宜依據雷暴預警系統自身的特性及其在監測區域內的性能確定,例如一個(gè)或多個(gè)地閃，一個(gè)或多個(gè)云閃,一定的靜電場(chǎng)強度,靜電場(chǎng)極性,以及這些條件的組合。

　　一次雷電警報示例如圖3所示。

　　提前時(shí)間(LT)指目標區域可能發(fā)生首次雷電相關(guān)事件前采取預防措施的時(shí)間。

　　為避免頻繁切換預警等級,即使警報判據不再滿(mǎn)足時(shí)，雷暴預警系統仍應保留一段時(shí)間，即駐留時(shí)間(DT)。如駐留時(shí)間設置的值太大，則警報持續時(shí)間(TTC)將明顯變大,這使響應該警報的成本更高(取決于應用程序)。值得注意的是,除通過(guò)探測監測區城內雷電的發(fā)生外.某些可通過(guò)其他手段精確監測警報結束的系統(例如A類(lèi)大氣電場(chǎng)儀系統),可能不使用駐留時(shí)間來(lái)解除警報，而是在此警報結束條件發(fā)生時(shí)解除警報。

　　總警報持續時(shí)間等于警報觸發(fā)到駐留時(shí)間結束時(shí)的時(shí)間間隔。

　　6.4預警信息的發(fā)送

　　宜建立一套定義明確的警報信息發(fā)布程序和協(xié)議，以確保終端用戶(hù)正確接收警報信息。

　　應監測雷暴探測儀和通信鏈路的工作情況,并將所有可能影響警報可用性和質(zhì)量的故障通知給終端用戶(hù)。