《雷电监测技术规范》

ICSFORMTEXT点击此处添加ICS号FORMTEXT点击此处添加中国标准文献分类号FORMTEXTDBFORMTEXTDBFORMTEXTXX/FORMTEXTXXXXX—FORMTEXTXXXXFORMTEXTFORMTEXT雷电监测技术规范FORMTEXTTechnicalcodeonlightningmonitoringFORMTEXT点击此处添加与国际标准一致性程度的标识FORMDROPDOWNFORMTEXT（本稿完成日期：）FORMTEXTXXXX-FORMTEXTXX-FORMTEXTXX发布FORMTEXTXXXX-FORMTEXTXX-FORMTEXTXX实施FORMTEXT福建省质量技术监督局发布DBXX/XXXXX—XXXX前言 II1范围 12规范性引用文件 13术语和定义 14雷电监测一般规定 35雷电监测方法 36雷电监测数据 47雷电监测数据分析 58设备保障 6附录A（资料性附录）主要仪器设备性能指标 7附录B（资料性附录）主要仪器设备布局 9附录C（资料性附录）空间插值及颜色分级 11参考文献 12前言本标准依据GB/T1.1-2009《标准化工作导则第1部分：标准的结构和编写》给出的规则起草。本标准由福建省气象局提出并归口。本标准起草单位：漳州市气象局、平和县气象局、漳州市防雷中心。本标准主要起草人：雷电监测技术规范范围本标准规定了雷电监测一般规定、雷电监测方法、雷电监测数据、雷电监测数据分析、设备保障等内容。本标准适用于福建省的雷电监测。规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB21139-2007《基础地理信息标准数据基本规定》GB50057-2010《建筑物防雷设计规范》QX/T79-2007《闪电监测定位系统》第1部分：技术条件QX/T79.2-2013《闪电监测定位系统》第2部分：观测方法术语和定义以下术语和定义适用于本标准。雷电监测lightningdetection通过在某一区域内建设一系列监测设备(如三维闪电定位仪、雷大气电场仪、雷电流峰值记录仪等)，实时监测雷电的发生、发展及消亡过程，提供雷电灾害信息，服务于雷电灾害的防护。闪电lightningflash积雨云中正负不同极性电荷中心之间的放电过程，或云中电荷中心与大地和地物之间的放电过程，或云中电荷中心与云外相反极性的电荷中心之间的放电过程。[QX/T79-2007，定义3.1]地闪cloud-to-groundflash;(CG)发生在雷暴云体与大地和地物之间的闪电放电过程。[QX/T79.2-2013，定义3.4]云闪intra-cloudflash;(IG)放电通道不与大地和地物发生接触的闪电放电过程。[QX/T79-2007，定义3.3]闪电定位方法lightninglocationmethod闪电监测的技术基础是通过对闪电辐射的声、光、电磁场信息的测量，来确定闪电放电的空间位置和放电参数的技术方法。甚低频段一般采用磁定向法（MDF）、时间差法（TOA）以及定向和时间差联合法。甚高频段一般采用干涉法或时差法。[QX/T79-2007，定义3.5]雷电监测数据lightningdetectiondata也称为闪电探测数据，是指闪电监测定位系统探测到的闪电活动特征参量和设备自身工作状态参量。[改写QX/T79.2-2013，定义3.14]基础地理信息数据fundamentalgeographicinformationdata作为统一的空间定位框架和空间分析基础的地理信息数据，该数据反映和描述了地球表面测量控制点、水系、居民地及设施、交通、管线、境界与政区、地貌、植被与土质、地籍、地名等有关自然和社会要素的位置、形态和属性等信息。[GB21139-2007，术语和定义3.1]地理信息系统Geographicinformationsystem（GIS）是以采集、贮存、管理、分析和描述整个或部分地球表面（包括大气层在内）与空间和地理分布有关的数据的空间信息系统。[GB/T17694-2009，术语和定义]空间分析SpatialAnalyst基于地理对象的位置和形态的空间数据的分析技术，其目的在于提取和传输空间信息。包括空间数据的分析和数据的空间分析。[GB/T17694-2009]雷暴日thunderstormday表征不同地区雷电活动的频繁程度。对雷电监测数据进行处理,对被统计区域按等面积法自动划分网格,对每个网格的雷电数据资料进行统计,并且使每个网格具有与雷电监测数据相同坐标系地理属性，对每个网格统计一年中发生闪电的日数，该日数称为雷暴日。网格尺寸应根据所统计区域的面积大小而定。闪电强度lightningintensity指闪电放电电流值，正值为正闪电强度，负值为负闪电强度，单位千安培（KA）。[QX/T79-2007，附表A.3]大气电场仪Atmosphericelectricfieldmill测量大气平均电场的设备，能够测量晴天和雷暴天气条件下大气平均电场值和极性的连续变化，探测闪电放电（包括云闪和地闪）所引起0km～20km内的电场变化。[QX/T79-2007,附录C]雷电流峰值Peakvalueoflightningcurrent雷电流峰值是指在一次雷闪中雷电流的最大值。雷电流峰值记录仪可测量闪电放电的电流峰值。[《电力名词（第二版）》.科学出版社.2009.由全国科学技术名词审定委员会审定公布]雷电监测一般规定雷电敏感区域场所应布设雷电监测设备进行雷电监测。雷电敏感区域场所主要包括旅游景区、机场、码头、火车站、露天体育场、大型化工园区、其他重要或人员密集以及火灾危险区域。雷电监测分为人工观测和设备监测两类。具体的雷电监测方法主要有：目测、照相、电场仪、闪电计数器、光谱仪、脉冲电压记录仪、卫星闪电探测器、声探测器、雷达探测等。雷电监测设备主要有闪电定位仪、雷达、大气电场仪、卫星、雷电流波形及峰值记录仪、高速摄像机、雷电流测量仪以及其它探空设备等。雷电监测应用在对流天气监测、识别和预报，电力设施的保护和未来设计，森林火灾监测，航空航天安全，石化基地雷电安全，铁路运行安全等。雷电监测方法人工观测人工观测是通过目测、听声等对雷暴过程进行观测并记录。雷暴观测，应监测云的来向和闪电的方位，参考风向判别系统，结合天气形势或天气预报判断雷暴路径，定准雷暴的方位。雷暴应记录其起止时间和开始、终止方向。以第一次听到雷声时间为开始时间,最后一次听到雷声时间为终止时间；以第一次听到雷声的所在方向记为开始方向,最后一次听到雷声的所在方向为终止方向,按8个方位记录。如雷暴始终在一个方向,则只记开始方向。设备监测闪电定位仪监测，闪电定位仪包括探头、GPS天线、通讯模块、电源模块等。利用磁定向(MDF)和讯号到达时(TOA)综合法，通过组网布局，用于确定各种闪电参数，高精度探测雷暴云地回击、云内闪击。监测内容包括雷电次数、正闪次数、负闪次数、闪电强度、闪电陡度、闪电经纬度、闪电位置的高度、闪电日期时间等。性能指标见附录A，设备布局参见附录B。大气电场监测，大气电场仪包括电场探测探头、电场数据处理机、中心数据处理机、客户端数据显示与分析软件。通过反推电荷结构、揭示雷暴起电程度，连续监测雷暴中的电荷在地面产生的静电场，监测电场强度值、电场变化率等参数。性能指标见附录A，设备布局参见附录B。雷达监测，通过新一代多普勒天气雷达在某一高度上的基本反射率或组合反射率，识别、跟踪和外推强回波区域。监测内容包括40dBz回波顶高、-10℃层结高度、0℃层结高度、0℃层结高度上40dBz以上回波体积、25dBz以上回波体积等参数。监测分析并预测雷暴单体是否发生，应根据三个因子：单体40dBz回波顶高突破0卫星监测，通过在静止气象卫星上安装闪电成像仪，探测云间和云中的闪电放电。闪电成像仪包括闪电成像仪主体、闪电信息处理盒、闪电管理与温控盒及闪电配电盒。通过对氧原子吸收的特征谱进行接收，中心波长为777.4nm，带宽波长1nm，获取实时、连续的闪电图像。雷电流测量仪真实记录和测量通过电源线路或防雷装置的雷电流参数（波形、幅值、陡度、极性），以及准确的雷击时间。性能指标见附录A。高速摄像机监测，通过高速旋转照相法或者高速线扫描照相法，测量闪电的时间、闪电的速度和闪电的结构，具体原理见参考文献[4]。雷电监测数据监测数据雷电监测数据采集宜遵守及时性、可靠性、易获取的原则。雷电监测宜综合利用闪电监测、雷达、大气电场、卫星和其它数据（探空数据、雷电流波形及峰值数据）。雷电监测分析过程中用到的基础地理信息数据应以当地测绘部门提供的版本为准，并符合GB21139-2007对数据内容的要求。雷电监测数据序号数据名称数据内容描述仪器1雷电日期时间以年、月、日、时、分、秒、百分秒的形式闪电定位仪（空间分辨率：1km×1km）2雷电位置的经度单位：度(°)3雷电位置的纬度单位：度(°)4雷电位置的高度单位：km，仅对云闪有效5雷电强度（正闪、负闪）单位：KA，仅对云地闪有效6雷电电荷单位：C，仅对云地闪有效7雷电能量单位：J，仅对云地闪有效8电场强度单位：V/m大气电场仪（空间分辨率：1km×1km）9雷达回波强度单位：dB，格点化处理的雷达回波数据或图片新一代多普勒天气雷达（空间分辨率：1km×1km）10回波顶高单位：km11层结高度单位：km12雷电流峰值单位：KA雷电流测量仪13极性正极性（+）、负极性（-）数据传输要求数据通信性能应采用实时的方式。闪电定位仪数据通信方式为无线传输和有线传输，通信速率≥1200bps，通信误码率≤1×10-6。闪电定位系统还应通过网络等其他通信手段与其他应用系统连接，定时向其他应用系统传送闪电监测数据和图形产品，并能根据用户要求传输所需数据和图形产品。大气电场仪宜支持LAN、GPRS、CDMA、3G等网络传输方式，并能提供双模通讯功能。雷电监测数据分析分析方法数据库查询统计采用数据库技术方法（SQL查询语言）对雷电强度、雷电日期时间、雷电空间分布、雷暴日空间分布、雷电次数、电场强度、雷电流峰值及其极性进行统计分析，根据分析结果以图表的形式表现。例如：Selectcount(时),时from数据表名称groupby时，该语句用于统计雷电时间（时分布）。叠置分析以地理信息系统（GIS）为平台，将监测数据与基础地理信息数据层面进行叠置产生一个新的数据层面，叠置结果综合了监测数据与基础地理数据层面要素所具有的属性。叠置分析包含图层擦除、识别叠加、交集操作、对称区别、图层合并、修正更新和空间联合。点状化处理以地理信息系统（GIS）为平台，将带有雷电监测数据属性的网格化数据图层进行要素转点处理，为空间插值做输入图层准备。空间插值和数据颜色分级，具体技术方法参见附录C。分析结果图形分析将雷电监测数据转化为雷电时空分布、雷电密度图、雷暴日分布图、雷达回波与雷电叠加图、大气电场强度变化图等。雷电密度图、雷暴日分布图、雷达回波与雷电叠加图的示例参见附录C。表格分析结果可采用“雷电监测分析报告”的形式，具体见表2。雷电监测分析报告内容内容日报月报年报概述√√√闪电监测√√√闪电强度分布√√√闪电时间分布√√√（日分布）√（月分布）√（时段分布）√√√（较高闪电日情况）○√闪电空间分布√√√（空间分布）√（地区统计）√√√（密度分布）√√（平均密度）√√（雷暴日空间分布）√雷电灾害○○√雷灾分月统计√雷灾地区统计√雷灾人员伤亡统计○√雷灾行业和损失统计○√个例分析○√注：1、（）内为段落包含内容，○为根据实际情况决定该项有无，√为必须包含的项；2、个例分析视具体情况而定。设备保障监测设备应采取防雷措施。具体措施参见GB50057-2010。数据通信网络保障。设备应具备实时存储48小时的数据备份存储能力，在通信手段和供电条件达不到数据传输实时性要求时，数据可复传或由监控中心调用。电源保障。各地面监测设备宜具备电源自动切换系统。电源选择太阳能电源或交流电源，宜配置提供至少8小时电力的备用UPS电源（交流电源）,可减少由电源引起的网络中断，保证通讯的连续性。

（资料性附录）

主要仪器设备性能指标闪电定位仪主要性能指标序号性能名称指标要求1回击探测效率云地闪回击高于90%（站网内）2闪电回击强度相对误差小于10%，极性准确率高于99.9%3闪电回击时间精度优于10-4s4闪电回击分辨率小于1ms5工作方式自动、连续、实时测量，无人值守6可靠性无故障工作时间20000小时7GPS授时精度优于1×10-7s8过电压保护水平1.5kV9功耗≤25W10电压范围AC220V(+10%，-15%)，50Hz±1Hz备注闪电定位仪的其它相关性能参见QX/T79-2007《闪电监测定位系统》第1部分：技术条件空间分辨率：1km×1km大气电场仪主要性能指标序号性能名称指标要求1电场测量范围低档：±5Kv/m，高档：±50Kv/m2分辨率±5v/m以上3动态变化率±100Kv/m以上4测量误差<5%5响应时间100ms6模拟输出电压±10V7记录方式数据文档存储及变化曲线显示8电源交流：（220±10%）V直流：（12±2）V9功耗<8W备注其它性能参见QX/T79.2-2013《闪电监测定位系统》第2部分：观测方法空间分辨率：1km×1km雷电流峰值记录仪主要性能指标序号性能名称指标要求1记录峰值180KA±10%2记录阀值1KA3工作温度-30℃~4湿度范围0~95%5信号间隔小于10ms6工作电压5V/DC±10%7工作方式睡眠唤醒方式记录8电源损耗待机<2uA，记录<350mA9信号类型正极性或负极性10防护等级IP65

（资料性附录）

主要仪器设备布局雷电监测设备布局应考虑到所监测地区的大小范围、地形地貌、气候特征、周边环境等复杂因素，并根据仪器的探测性能适当组合。本规范仅对闪电定位仪、大气电场仪布局做介绍。闪电定位仪的布局可考虑中长基线布局方式和短基线布局方式两种或者其结合。一般来说，对于中长基线布局方式，闪电定位仪间距在80-200公里比较合适，适用于省级（或区域）探测网络建设，短基线布局方式间距在45-80公里比较合适，适用于地市级探测网络建设，短基线布局方式的优点是探测小电流的效率较高。某地区闪电定位仪短基线布局示例目前大气电场仪探测范围一般在10-20公里，间距设置15公里较合理。某地区大气电场仪布局示例

（资料性附录）

空间插值及颜色分级总则本标准中涉及到的相关技术处理方法：空间插值方法和数据颜色分级方法。空间数据插值采用GIS空间分析，利用特定取样网格进行统计，通