《单站大气电场仪雷电预警方法检验技术要求》

《单站大气电场仪雷电预警方法检验技术要求》编制说明前言雷电是一种大气物理和大气电学现象，伴随强烈雷电活动的强对流天气具有空间尺度小，生命史短、突发性强、致灾重的特点。它是在一定的大尺度天气背景下，由中小尺度系统形成的。常规天气图、数值预报及其他一些图表较难捕捉这类中小尺度强对流系统，从而给雷电的预警和预报增加了较大的难度。雷电的记录由来已久，主要是通过目测获得雷暴日、雷暴小时及起止时间等信息。但近20年来，由于对雷电现象研究的深入及遥感、遥测技术的发展，在雷电探测特别是对地闪的监测和定位方面实现了突破。大气电场仪可以对其上空一定半径范围内的云层带电状况进行监测，可直观地看出监测区域neural电场强度的分布情况，能够记录闪电发生前雷暴中的电活动，又可记录雷暴过程中发生的闪电。大气电场仪能够实时监测10-15km范围内大气电场强度的变化，根据大气电场强度演变可以预警局部区域雷电活动。随着雷电监测预警新研究成果、技术方法的大量应用，涵盖各行各业，特别是油库、气库、弹药库、化学品仓库和烟花爆竹、石化等易燃易爆建设工程和场所、景区以及布设大量电子信息系统的雷电敏感行业、雷电风险高且没有防雷标准规范、需要进行特殊论证的大型项目，数量庞大。但由于缺乏统一的技术标准和要求，极大地限制其发挥更大社会防灾减灾价值的作用，为填补技术业务应用环节的标准空白，满足进一步标准化应用的需求，制定单站大气电场仪雷电预警方法检验技术要求十分必要。项目背景大气电场强度是大气电学的基本参数，雷电的发生总是与大气电场强度密切相关的，大气中电位梯度达到大气击穿电位梯度是雷电发生的必要条件。因此，可以从大气电场的变化情况对雷电进行预警。大气电场仪是能够测量电场的大小，辨别电场符号的仪器。利用单站大气电场仪进行雷电预警在时间上可以精确到5~30min，可以针对易燃易爆场所、矿区、重点旅游风景区以及重大项目工程等重点场所进行临近雷电预警，这更能满足企业的生产效率以及雷电精准预警的需求。以上重点场所在区域内安装大气电场仪进行雷电预警，从防御雷灾角度而言，预警的空报并不造成雷灾损失，但可能因空报而产生预警成本的问题，而漏报则可能会造成雷灾损失，从防灾角度考虑更不能忽视漏报。因此，在利用单站大气电场仪开展雷电预警时，应尽量降低漏报率，并尽可能提高雷电预警的准确率。2019年省灾防中心与贵阳市气象局、安顺市气象局和上海晨辉公司协商，达成合作协议，共同完成16套大气电场仪的选址安装，单站大气电场仪的探测有效半径约为15km，构建贵阳市大气电场监测网（一期），并安装调整完成配套的雷电预警平台，同时接入了贵阳、安顺两市46套大气电场数据、全省实时雷达资料和三维闪电定位资料，为开展专业气象服务奠定基础。利用电场强度变化至某些阈值进行预警，称为阈值法，该预警平台基于设置大气电场阈值进行三级预警，阈值的选取目前设为出厂设置值，三级预警2kV/m，二级预警4kV/m，一级预警6kV/m。因此，大气电场阈值选取是否科学直接影响到雷电预警的准确率与虚报率。同时，大气电场仪对近距离雷暴过顶时的电场变化很敏感,可以根据雷电发生对地面电场曲线的变化特征来用于局地雷暴的监测与预警。地面电场的显著变化不一定会引起雷电发生，大气电场阈值只是参考值,不够科学。在设定电场预警阈值时，应该引入地面电场强度变化率,检测电场仪测量值的跳变。当测量值发生跳变时,意味着一次闪电的放电出现，对其变化率的计算可以鉴别出有实际发生的雷电，避免出现空报现象。当雷雨云在发展过程中靠近大气电场仪，大气电场极性会发生反转，由于云中中层负电荷区的形成，这也是雷雨云发展成熟过程的一个重要标志，因此在将大气电场极性反转作为预警算法的一个指标。因此，结合大气电场跳变、大气电场极性反转选取合适的大气电场阈值，从而获得更好的单站大气电场雷电预警效率一直是雷电预警技术期望攻克的难题。二、工作简况（1）任务来源由省气象灾害防御技术中心、省大气探测技术与保障中心向省气象学会申请编制发布团体标准《单站大气电场仪雷电预警方法校验技术要求》，形成全省统一的单站大气电场仪雷电预警方法校验技术要求，促进行业大气电场仪雷电预警校验技术的统一。（2）协作单位贵州省大气探测技术与保障中心。（3）主要工作过程2021年1月至2021年3月，相关技术人员对收集整理GB50057、GB/T19663、GB50343、GB/T21714.2、GB/T40619等国家标准以及相关行业标准，国内外和其他行业的相关技术资料等参考资料。2021年3月至2021年6月，确定标准结构。在前期工作基础上对标准初步框架提出总体意见，组织编写人员进行反复论证；并予以确定，对标准的编写具体内容做好具体分工。2021年6月至2021年12月，完成标准主要内容编写。组织对标准争论部分的确认，审定标准内容及组成。2021年12月至2022年9月，完成初稿。进一步开展调研和广泛意见，向国内专家和一线技术人员征求意见。2022年9月至2022年10月底，完成征求意见稿。（4）主要起草人及其所做的工作标准编写组，人员构成如下：组长（主编）：李迪成员：丁旻、陆扬、吴安坤、董立亭、张弛、兰方信（5）主要内容本标准共有六个章节，主要内容有：范围、规范性引用文件、术语和定义，一般规定、数据选择、检验步骤及结果。三、制定标准的原则和依据，与现行法律、法规、标准的关系，国内外现行相关法律、法规和标准情况；（1）制标过程遵循《中华人民共和国标准法》、《中华人民共和国气象法》、《贵州省防雷减灾管理办法》等法律和中国气象局《防雷减灾管理办法》等部门规章。（2）本标准中计量单位采用法定计量单位。（3）本标准的格式，编制和表达方法，按国家标准的要求制订。（4）本标准与现行法律、法规和强制性标准无冲突。（5）标准查询情况目前，尚无大气电场仪雷电预警校验方面的技术标准。标准参考目录：《雷电预警等级划分技术规范》DB43/T1802-2020

、《基于雷电定位系统的雷电临近预警技术规范》（GB/T40619）

、《雷电临近预警技术指南》（QX/T262

）和《雷电预警系统技术规程》（T/CECS688》。四、主要条款的说明及确定依据（1）3.4雷电预警将T/CMSA0012,3.4中观测资料增加卫星，使用FY-4A气象静止卫星搭载的闪电传感器。（2）4.1.3最新气象资料。所选检验仪器为运行状况良好，在检定合格期内，日常维护开展较好的场模式大气仪或电子式大气电场仪，且大气电场仪安装符合规范。雷电定位系统数据选用三维闪电定位系统中的历史闪电数据。（3）5.1数据质量控制和数据处理。闪电数据定位宜选取三个站点及以上精细定位的方式，探测效率在90%以上。地闪回击电流强度宜选取大于等于2kA且小于等于200kA。大气电场仪数据提供周期为1秒，有效探测半径不小于10km。（4）5.2雷暴过程划分，第一条闪电出现后，60分钟内无闪电，则记为一次雷暴过程。（5）6.2NC记为预警准确次数，NM记为预警漏报次数，NF记为预警空报次数。五、主要试验（或验证）的测试报告、相关技术和经济影响论证本标准不涉及相关试验。本标准主要针对建立了单站大气电场仪进行雷电预警的方法检验及融合算法，提出单站大气电场仪进行雷电预警时所常用的阈值法、极性反转法和电场跳变法等3种雷电预警方法的参数选取以及预警命中率、漏报率、预警提前时间以及空报率的检验方法。六、重大意见分歧的处理依据和结果无。七、预期的社会经济效益及贯彻实施标准的要求、措施等建议通过本标准的制定和贯彻执行，将推动单站大气电场仪雷电预警校验技术要求的规范化，为单站大气电场仪校验提供技术支撑，从而更好地提高单站大气电场仪的预警效率。八