雷检测系统_SAFIR_与雷短时预报

雷检测系统(SAF IR )与雷短时预报
副岛毅　奥山和彦
(日本气象协会)
图1　系统概要与处理流程
1　前言
日本气象协会从1995年春启用了以关东地区为监视范围的雷检测系统,并开始了雷的实况监测及雷的信息服务。

引进的雷检测系统是法国D i m en si on s 公司生产的SA F I R (System de Su rveillance et d’A lerte Foudre p ar In terferom etrie R a 2di oectrique )。

在日本,这是继关西电力公司
之后引进的第2套系统,此系统是由法国航空宇宙研究所(ON ERA )开发,并从1989年开始商品化的。

SA F I R 是早期检测、定位并短时预报可以造成雷击、大雨、冰雹、强风、微下击暴流等剧烈天气的雷暴现象的实时广域雷暴位置评定系统。

不仅具有检测雷击(云地放电),而且还具有检测、定位云中(云内 云间)放电这一特点。

因此,通过分析云中放电和云地放电这类雷雨云电活动区,并根据雷分布状况来预测雷移动,便可提供雷击的预报和警报信息。

气象协会从提供有助于防止或减轻由雷造成的灾害的气象信息为目标。

因此,正在综合提供SA F I R 获得的雷信息和作为历来常规气象信息的雷达信息、降水短时预报、“葵花”静止气象卫星的云信息、天气预报、提醒报、警报等。

利用气象协会的M I CO S 气象信息联机系统、FA X 、In 2ternet 网的M I CO S 2W eb 等提供信
息。

期望在防灾、产业、娱乐观光、交
通运输等领域利用雷信息。

2　SAF IR 的雷观测
作为雷击定位的观测系统,美国开发了
LL P (LL S )和L PA T S ,在日本国内主要是电力公司引进使用这种系统。

这些系统是通过多站点测定伴随雷击时的回击(retu rn stroke )产生的低频电波(L F 带、1kH z 至数百千赫),来评定雷击位置。

根据定位的方法有(1)在多个方位测定站利用正交闪环形天线检测方位,用交会法确定雷击位置的LL P ,(2)在3个以上的站接收雷波,根据其到达时间差确定雷击位置的L PA T S 。

而
05雷检测系统(SA F I R )与雷短时预报——副岛毅　奥山和彦
SA F I R 则用下述方法进行雷检测和定位。

2.1　SAF IR 的测定原理
SA F I R 有两种传感器,它不仅可检测雷击(云地放电),也可检测云中放电的雷检测
系统。

气象协会的系统现在以关东地区为观测范围,由3个检测站和1个中央处理站构成。

检测站间隔100～130km ,
分别设在宇都宫郊外、高桥郊外、船桥。

这3个站收到的数据马上用电话线路传送给东京的中央处理站,进行雷定位等处理。

这一雷信息再经M I 2
CO S 提供信息服务(图1、
图2)。

图2　FA X 传送的雷气象信息
图2是用约5km 网格将SA F I R 观测的雷位置数据化后,由FA X 提供的一个例子。

上图是雷信息,下图是附近的雷达图像。

检测站由雷定位用的V H F 带传感器(110～118M H z )和检测雷击用的L F 带传感器(1kH z ～5M H z )构成。

两传感器都以10-4
秒为单位进行观测,以最大100个 秒的速度将数据传送给中央处理站。

各检测站根据GPS 时间信号使观测数据达到同步。

○V H F
带传感器(110～118M H z )→检测云中放电(电磁干扰法)
・测定电波的到达方位和时刻等
・根据几个站的测定,确定云间放电的位置
○L F 带传感器(1kH z ～5M H z )→检测云地放电(低频电场)
・测定云地放电电波的到达时刻、上升时间、最大振幅、极性、衰减时间
用V H F 带传感器进行雷检测及定位。

根据V H F 带8振子天线入射电波的相位差,确定电波的到达方位(干扰法)。

8振子传感器可以以0.35°方位角精度测定雷电波的到达方位。

因各检测站的电波到达方位交差点处于发生雷的位置,所以中央处理站可根据各检测站的到达方位确定雷位置(交会法)。

可以认为,由于测定V H F 这种直达性高的电波并根据一个雷产生的大量脉冲波来确定放电位置等,所以定位的精度较高。

另一方面,用L F 带传感器判定雷击(云地放电)。

L F 带传感器检测伴随云地放电的电波。

这和LL S 、L PA T S 一样,测定雷击时回击产生的电波。

检测雷击电波时,将V H F 传感器确定的雷位置数据与以10-4秒为单位测定的发生时刻相对照,一致时判定为雷击,并确定雷击位置。

因此,SA F I R 具有能用另一个传感器独立判定云中放电和云地放电(雷击)这一特点。

2.2　SAF IR 的雷观测
1995年4月,以关东地区为观测范围,开始利用SA F I R 观测雷。

到目前为止,约经过了1年半的时间,在此期间观测了大量的雷。

用SA F I R 的雷观测结果概要如下。

2.2.1　雷达回波与雷发生位置的比较
在1995年的雷日中,将发生大规模雷暴的8月22日的观测结果与气象雷达回波进行了比较。

这一天,关东地区各地从中午到晚上接连不断地发生雷,几乎整个关东地区都发生了雷。

这一日15时刚过,琦玉县北部就
1
5气象科技1998年第3期
图3
　雷达回波(高度6km)与云地放电(・)分布
发生了雷雨云,并逐渐发展,向茨城县方向移动。

图3是雷雨云发展中16时SA F I R观测
的云地放电位置与雷达回波比较的情况。

云地放电从16时开始进行了5分钟。

气象雷达观测的是在同一时间段高度为6km处的回波强度,划斜线的部分是强回波(30dB z以上)。

如图所示,云地放电大致与强回波相对应。

云中放电也一样,与强回波相对应,但分布范围扩大。

另外,其他雷雨日也得到了相同的结果。

对于在雷雨云的哪一部位发生云中放电、云地放电来说,是意味深长的问题,需要研究雷雨云的发展与发生雷(云中放电、云地放电)的关系。

2.2.2　云中放电、云地放电数量的观测
将SA F I R观测的1年多时间的雷活动状况示于图4。

此结果是对关东地区西半部100km(东西)×200km(南北)范围进行调查的结果。

在此范围内图4分别表示1995年4月至1996年8月每天的云中放电次数(图4a)、云地放电次数(图4b)及观测到雷的气象机构(气象台、测候所)数(图4c)。

图中云中放电、云地放电次数是用其3次方根表示的。

一年之中,最多日放电数量为云中放电1～2万次左右,云地放电700次左右。

SA F I R观测的雷日与由人工进行的雷观测日的结果完全一致。

因此,可以认为
图4　关东地区(西部)的雷活动状况
SA F I R的雷捕捉率具有很高的精度。

从图4a、b可以看出,关东地区的雷活动期是4—8月的暖期,7、8月份雷特别多。

另外,冷季几乎观测不到雷活动。

3　雷短时预报
雷灾几乎是由雷击(云地放电)引发的,其灾害影响大,预报的必要性较高。

防灾所需的雷预报可分为前一天预报、当天预报、雷前预报,不过,在此仅对雷前预报(短时预报)进行研究。

作为气象预报的一种,现在也进行发生雷的预报。

作为气象注意报有雷注意报,“当由于雷击等,预计会发生灾害时”发布雷注意报。

但是,现在的雷预报主要是基于大气稳定度的雷暴潜势预报和与雷达回波强度有关的间接预报。

这是因为雷观测的主要方法是目测、听觉,还没有实时的雷观测手段。

在监视实时雷暴状况的基础上,雷短时预报将成为可能。

当进行雷短时预报(现在至未来数小时)时,需要开展:(1)雷击预报;(2)雷的移动、发展预报。

雷开始出现后,凭经验可知雷活动将
25雷检测系统(SA F I R)与雷短时预报——副岛毅　奥山和彦
持续数小时。

但是,需要预报哪种云发生雷或不发生雷,如果发生雷,将何时发生。

另外,雷雨云不会只停留在同一场所,几乎都是移动的。

因此,需通过预报雷雨云的移动以及预报雷雨云的发展、衰弱,方可使雷短时预报成为可能。

3.1　雷击预报
以前的研究指出,
作为雷击的前期现象是发生云中放电。

这些研究指出云中放电超前5～35m in ,云中放电活动的峰值比雷击峰值超前10m in 。

因此,为了研究预报云地放电的可能性,调查了云中放电与云地放电开始时刻的关系。

对于1995年5～8月观测的伴有云地放电的雷(273个事例),研究了其云中放电与云地放电起始时间差的频率。

每个雷生成区都求出云中放电与云地放电出现时刻的关系,研究了其出现时间差的频率(图5)。

图5　云中放电与云地放电的起始时间差的频率
(每1m in )
图5中,云中放电比云地放电平均超前约13m in ,其时间差分布的中位数是9m in 。

云中放电的超前时间的峰值处在5～10m in ,另外,超前时间9m in 以内占5成,30m in 以内约为9成。

这表明当有雷击发生时,平均是在云中放电开始后13m in (9m in 以内为50%,30m in 以内为95%)发生。

大致同时发生云中放电与云地放电的事
例也不少(时间差1m in 以内约为1成),即使发生云中放电,也并非一定就发生云地放电,这些是应进一步研讨的问题。

但是,可以说这表明通过监视云中放电的状况,有可预报云地放电(雷击)的可能。

3.2　雷雨云的移动预报
降水区的移动预测已用于气象厅的降水短时预报等。

这是通过将过去雨区的移动方向和速度应用于未来而作的移动预测(外推预报)。

SA F I R 也一样,具有根据过去雷活动区的移动来预测未来30m in 的雷区移动的机能。

图6是其一例。

在1995年8月22日16时10分,强雷区位于群马、枥木、琦玉、千叶县附近。

根据过去的移动,可以看出以6.6m s (24km h )的速度向北北东移动(图6a )。

预测10m in 后(图6b ),雷区将向北北东移动。

看一下16时20分实际的雷区(图6c ),则强雷区向东扩展。

此雷区处于发达期,雷区正在扩大。

图6　雷的移动预测例子(1995年8月22日)
3
5气象科技1998年第3期
扇贝养殖的气象水文条件及
气象服务指标研究3
于仁成　吴树功　薛　波　宫国钦
(烟台市气象局,264001)
摘要　采用调查、试验和分析研究相结合的办法,找出了烟台近海扇贝生存、生长、养殖生产的适宜水温、盐度、降水、风及光照等气象水文条件。

根据这些气象水文条件找出了在烟台近海对海湾扇贝、栉孔扇贝养殖生产的气象服务指标,同时指出了扇贝养殖生产过程中主要的气象灾害。

为烟台近海扇贝养殖生产提供较好的气象服务,也为提高扇贝养殖生产的经济效益提供依据。

关键词　扇贝养殖　气象水文条件　气象服务指标
1　引言
扇贝养殖是烟台市海水养殖的支柱产业之一。

该区养殖的品种有海湾扇贝和栉孔扇贝。

海湾扇贝是在室内人工育苗,再投放到浅海笼养,当年投养,当年收获。

而栉孔扇贝是半人工采苗,即在自然条件下繁殖后,应用一定的技术和工具采集苗种,然后笼养,第二年收获。

扇贝养殖过程始终受气象水文条件影响,由于气象水文条件的变化使扇贝养殖风险性较高,因此其效益具有明显的不稳定性。

如1992年9月1～2日受风暴潮影响,该区扇贝养殖经济损失达1.9亿元。

1989年6～8月中旬莱州湾持续干旱少雨,加上以后的暴雨(80mm),造成60%以上的扇贝死亡。

可见,要减少扇贝养殖的风险,不仅要提高养殖的技术水平,而且还必须加强气象服务保障。

为此,我们对扇贝养殖与气象水文条件的关系进行了试验研究,获得了一些有使用价值的结果。

本研究为山东省气象局“八五”重点课题。

4　结语
叙述了用SA F I R进行的雷观测及雷短时预报。

利用SA F I R等的雷检测系统,可监视雷发生的实况,预测雷,防止灾害。

气象协会正在将由SA F I R获得的雷信息用于雷监视和雷预测。

另外,由于增设了现在的系统,所以正在研究更广范围的雷观测等。

我们认为,为了防止雷害而进行雷预报以及为了预测伴随雷而出现的阵风、冰雹、大雨等剧烈气象现象而进行的关于雷的研究应该坚持下去。

SA F I R不仅可以观测云地放电,而且还可以观测云中放电,这有助于理解雷现象。

为了提高雷短时预报的精度,今后仍将继续研究。

杨宝珠译自《电气评论》,1996.12
王茂新校
45扇贝养殖的气象水文条件及气象服务指标研究——于仁成　吴树功　薛　波　宫国钦。