（西藏昌都市气象灾害防御技术中心，西藏 昌都 854000）
【摘要】本文综述了雷电发生发展物理过程研究情况及雷电物理学研究的一些发展，以及通过对雷电多方面的研究，而对雷电放电特征有较系统的了解。表述了在雷电探测的技术方面，尤其是闪电定位技术及星载雷电探测和定位技术取得的一些重要进展。雷电探测技术得到了快速发展，对减少雷电灾害具有非凡意义。
【关键词】雷电物理 雷电探测 人工引雷 闪电定位
引言
地球磁场和与霍尔电势效应市雷电产生的根本机理，因而雷电是特殊的天气现象，雷电所产生的高电压、大电流、强电磁辐射常造成很大的危害性和严重的经济损失，尤随着高新科技的发展和大量微电子产品的广泛应用，雷电的研究和防护越显重要，引起了国内外许多有关部门和学者的高度重视。近20年来，由于对雷电发生发展物理过程研究的深入及遥感，遥感技术的发展，在雷电探测特别是对地闪的监测和定位方面实现了突破。
1、雷电发生发展物理过程研究
自然闪电具有很大随机性和瞬间性，而人工引雷电可以预知发生的时间和地点，为雷电的研究和雷电放电参量的测量提供了有利条件。2005年夏季中国气象科学研究院与中国科学院寒区旱区环境与工程研究所合作，在山东滨州开展了人工引发雷电试验。2006年夏季又与广东省气象局合作在广州从化地区进行了自然闪电和人工引发雷电野外试验。
吕伟涛利用成像率为2000幅/s的高速摄像体系，在国际上首次获得了一次空战引雷电始发过程中上行正先导起始、发展以及双向先导传输的完整时间序列的直接光学证据，分析得到上行正先导起始阶段的二维速度为3.8X10?～5.5x10?m/s,结合采样率为5MS/S的快慢电场变化资料，给出上行正先导比非稳定下行负先导提前约932μs起始，非稳定下行负先导的灰度要比上行正先导的灰度大1个量级左右。高速摄像还清晰地观测到了小回击之后的上行放电现象，速度为1.6x10?～2.0x10?m/s。观测到一幅非稳定上行正先导发光的图片，证实了此物理过程的存在，为雷电防护技术的发展提供了实验基础。
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于此同时以两次人工引发雷电的高速摄像记录为主，结合快慢电场变化记录，对人工引发雷电的物理过程、闪道德发展、移动和亮度变化等进行分析，结果表明：空中触发方式和经典处罚方式的负极性闪电在起始阶段的物理过程存在明显的差异，前者的触发高度比后者的高，前者的上行正先导的起始速度比后者的要低1个量级左右，而在初始连续电流之后，两种触发方式的光电观测记录基本没有区别。
2、雷电物理学研究进展
近年来发展起来的人工引发雷电技术不仅为雷电物理的研究开辟了一条新途径，也为雷害机制及防护提供了良好的手段。
2.1 雷电参数测量设备的改进
大多数闪电的持续时间不超过1秒，需发展专门的探测设备进行测量，目前已发展完善的主要探测设备有：能在恶劣天气条件下正常工作的倒置式大气平均仪、测量闪电电场变化的慢天线系统，测量闪电磁通量变化的磁天线系统、用同轴分流器和霍耳效应器件以及利用数据采集系统直接测量记录雷电流的装置、雷电参数的多通道告诉大厅、容量数据采集系统积累电光辐射测量装置、雨强及雨滴谱的测量装置等。
2.2人工引发雷电技术的发展和完善
1989年首次采用新型引雷火箭人工引雷实验成功，解决了火箭安全抛伞、轨道稳定性安全性、安全型压力开关动点火装置及拖带导线等关键技术问题，市人工引雷技术逐步使用化。1996年成功发展了导线接地的空中触发闪电技术，从而为研究地面建筑物下行导高电位作业的放电行为及二者之间的相互作用提供了更加接近自然的条件。
2.3雷电放电电流与闪电辐射场的理论研究
理论上研究雷电放电电流和闪电辐射特征的物理联系，以及分析闪电通道和地表的电磁特性后，进一步研究了闪电回击模式，从而指出回击传播速度只是由电流激发的电子雪崩波前的传播速度。地闪回击除包含静电场和感应场成分外，其电流的快速变化还会产生强的辐射，对于后者地表不能等效为良性导体，因而不能使用通用的镜像法进行处理。考虑了以上两种情况，建立远场近视回击模式，比国际上原回击模式能更好的解析电场和电流的同步观测结果。这一研究成果将对采取易于测量的电磁场来计算雷电放电流有重要实用价值。
2.4雷暴结构差异及其人工触发闪电的特征
我国南、北方雷电结构存在差异，因而闪电放电特征有很大的差异，北方地区雷暴由于云霞分布经常存在大范围正电荷区，人工引发闪电是没有回击的短暂的连续电流放电过程，其持续时间从十几到几十毫秒，峰值电流不过1～2KA，触发时火箭离地高度为300～400m。相反南方地区雷暴分布一般是负电荷区，人工触发闪电由多次回击组成,一次强烈的闪电过程的持续时间可达1.5s以上，峰值电流达101KA以上，触发高度为100～200m，处罚成功率可高达60%～70%。这些差异进一步证实了南北方雷暴云电结构的不同，表明了云中正电荷区的电环境和微物理条件不利于先导在云中的发展和闪电过程的延续。
3、雷电探测技术及其发展
闪电分为地闪（CG）和云闪（IC），短暂的闪电放电辐射出自VIF至UHF宽频的电磁脉冲，频率范围从极低频到超高频，其中以VLF/LF辐射为最强。闪电定位技术是通过对闪电辐射的声、光和电磁场3类（包括无线电测向技术）。
地闪是闪电的一种，其过程一般包括一次或多次先导——回击过程，中和云内电荷量达几到几十库仑。与空气串链云内击穿过程、梯级先导过程、云闪灯过程的辐射能力主要集中在1MHZ以上的高频段，与回击过程的辐射相比，这些过程在甚高频、超高频段辐射较强。
3.1地基闪电定位技术
闪电电磁脉冲辐射场探测手段在地基闪电定位技术上应用最为广泛。甚低频段一般采用磁想法（MDF）、时差法（TOA）以及磁想和时差联合法(IMPACT)；甚高频段一般采用窄带干涉仪定位法（ITF）或时差法(TOA).
3.1.1甚低频（VLF/LF）定位技术
VLF/LF频段的无线电（磁）测向（MDF）定位技术采用一队南北方向和东西方向垂直放置的正交环磁场天线测量的闪电发生的方位角，并与水平放置的电场天线组合鉴别地闪波形。
3.1.2地基甚高频（VHF）定位技术
科学家们提出并实践了VHF/TOA（时差技术）和VHF/IFT(干涉技术)。VHF干涉仪闪电定位技术，是指用干涉发测定闪电放电辐射源位置的方法，包括窄带和宽带两种方法。
3.2星载雷电探测和定位技术
星载闪电探测器包括光学瞬态探测器（OTF）和闪电成像传感器（LIS）LosAlamos实验室的（FORTS）卫星闪电探测器。两系统相似，均搭载在极轨非太阳同步卫星上，垂直向下光侧雷暴云中闪电发光的强烈光脉冲，结合一个窄带干涉滤光器将影像聚焦在高速的电荷耦合装置焦平面上。
目前卫星上的光学传感器的空间分辨率较低，且不能区分云闪和地闪，但它可能是最有前途的全球闪电活动监测手段。与之相比，星载的VHF～UHF定位技术可以区分云闪和地闪，正有两种卫星VHF～UHF定位系统在研制、试行中。
4、结语
通过对雷电发生发展物理过程研究及雷电物理学的研究，对雷电放电特征有较系统的了解。在人工引雷电技术、闪电定位技术及星载雷电探测和定位技术和方法方面取得了一些进展。目前我国的FY-4卫星闪电成像仪，是继美国之后世界第二个静止轨道闪电成像仪，跨越了诸多中间环节和技术准备，直接瞄准当今世界闪电探测的最高水平，一旦上天后能正常工作，必将在卫星闪电探测领域产生重要而深远的影响。因此，利用卫星、雷达和闪电探测系统等手段对我国雷电防电特征及其活动规律开展系统性研究，改进提高闪电探测和预警预报观测网络的不足，建立雷达数值预报模式，提高雷电短时预报的准确性，市今后的雷电研究重要方向。
论文作者:朱薇薇, 侯栋,加永登增
论文发表刊物:《科技新时代》2018年6期
论文发表时间:2018/8/13
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