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第11章 雷霆之怒——可怕的雷电灾害(7)

围绕“闪电和强对流天气”这一研究主题,国内外均开展了大量的研究,取得了可观的进展。早在1987~1991年,美国就利用其覆盖全国的雷电监测网(NI.DN)进行了站网观测运行实验,美国国家强风暴预报中心(NSSFC)在1988~1990年间,组织了相应的“闪电资料应用于强对流天气预报业务”

的评估研究,并肯定了闪电资料可以有效地改进强对流天气的诊断和预报。近几年,美国民航气象局和NSSFC已经有了可用于业务的诊断和预报技术,用户已可以很方便地从NLDN索取闪电资料及其预报产品。

近年来的研究表明,利用雷达和雷电定位对雷暴的观测分析表明,雷电频数与雷暴的生消演变过程有直接关系,闪电资料在时效性方面有着突出的优势,闪电监测数据已经成为灾害性天气预报产品中必不可少的因素,有助于改进强对流天气的诊断和预报,但许多认识还处于现象学阶段。目前还要进一步深化对机理的认识,利用闪电数据的特征与强对流天气的关系,针对不同地区强对流活动的特点,结合多种探测手段和测量方法,提出典型区域强对流天气的闪电特征诊断和短时预报方案,发展可用于预报业务的诊断分析技术,以及与短时预报相配合的软件产品,为闪电资料在灾害性短时天气预报上的应用研究提供新的结合点。

雷暴过程常伴随有强烈的对流、降水和雷电活动,对它们之间的相关性的研究随着雷电定位系统的应用而取得了许多有意义的结果,特别是经常发生在一些超级单体雷暴中的冰雹、大雨或龙卷风等灾害性天气过程与雷电的时空演变特征有很好的相关性。利用闪电VHF辐射源高时空分辨率的三维观测资料对超级单体雷暴的闪电特征进行了观测研究,曾发现雷暴中闪电洞(即闪电空白区)的存在,且与雷暴中的强上升气流有关,结果表明对流风暴中的闪电洞或闪电环(即环状闪电空白区)与强上升气流密切相关。观测还发现闪电频数小于10次/分钟的雷暴一般不产生降雹,而大于100次/分钟的雷暴60%产生大的降雹;研究结果表明在降雹发生期间,雷暴中主要以正地闪为主,且正地闪峰值超前于降雹过程的发生,这些研究大多基于雷电定位系统对地闪特征的观测,地闪多发生在雷暴的成熟和消散阶段,在发展阶段较少,而云闪在雷暴的总闪电中占有更大的比例,尤其是在雷暴的发展阶段。同时观测还发现云闪峰值可超前5~10分钟预警下击暴流的发生。

这些观测结果进一步反映出雷暴电荷结构的复杂性和雷电活动与动力、微物理过程之间的相关性,雷电参量在灾害性天气的预警、预报中具有重要作用,特别是这些结果具有一定的普遍性,对我国的灾害性天气过程的监测预报也具有重要的参考价值。但为了更好地利用雷电这一重要参数,进一步深入研究和大量观测实验的开展是非常必要的,也具有重要的实际意义。因此对雷暴产生的云闪和地闪以及单个闪电通道的发生发展特征进行综合分析,将有利于对雷暴的监测、预警和闪电特征的理解。

研究表明,闪电定位系统的数据能够较可靠地反映雷暴过程的发展趋势,不同类型风暴的天气过程的闪电特征不同,同一次风暴过程的不同阶段的闪电特征也不同,但这些认识还处于现象学阶段。要发展可用于业务的诊断和预报技术,还要进一步深化对机理的认识,在原有的闪电资料的基础上,针对不同地区强对流活动的特点,建立可靠的诊断指标和预报方法。目前,美国强风暴实验室和俄克拉何马大学研究人员,使用雷达、探空、自动气象站等多种气象探测手段获得的信息,开发了天气决策支持系统。

在雷电防护上,闪电探测实验研究,可以进一步深化对闪电机理的认识,提供可用于防雷产品和防雷工程设计效果检验的可靠实验测试数据。气象部门用在防雷减灾工作方面取得较大进展,但总体上讲,还是处于发展的初级阶段。闪电探测数据的长期积累,可以改变我国人工观测闪电和缺少雷电密度分布的状态。同时,防止雷电灾害,首先要分析雷电,特别是雷电电磁脉冲的物理过程,认识其成灾规律,从而有针对性地设计防雷产品,实施合理的雷电防护系统LPS。而闪电定位系统是利用对闪电电磁脉冲的探测技术,因此说闪电监测系统是从更深入的层次和角度,对闪电发生过程的详细描述。以此为出发点,闪电探测实验研究可以提供一种雷电防护有效性验证方法,并为雷电防护技术标准和管理规定的制定和防雷减灾技术的研究奠定基础。

此外,卫星闪电探测资料也得到了广泛的应用。OTD和LIS的优点在于其对地观测的一致性,外界的影响主要是太阳耀斑和南大西洋异常区等一些影响卫星仪器的原因。

但由于卫星是低轨运行,受对飞越的固定点上空观测时间短的限制,星载仪器不能连续监测特定地区的雷暴过程,对特定地区的闪电活动是低重复率、间断式地观测、采样,另外OTD和LIS给出的是总闪电,不能区分云闪和地闪,因此限制了资料在预报和预警上的应用,该资料主要应用在气候研究和雷暴云的个例分析和对比研究上。OTD和LIS从1995年至今,已获得11年一个太阳周期的全球连续观测的闪电资料,获得了大量新的科学成果,得到了全球闪电活动的气候学特征,包括闪电分布的海陆差异、纬度变化、时间变化,指出全球闪电频数平均每秒钟约为46±5个,被称为三大烟囱的高闪电发生区有着不同的闪电特征,闪电活动存在半年周期,对恩索在某些区域有强响应,全球总闪率对全球地面气温的变化是正响应的,闪电活动可以当作全球气候变化的指示器。OTD和LIS资料还被运用于闪电产生NOx的计算和化学输送模式中。由于TR毫米上还搭载着辐射仪和降雨雷达,还可以将LIS闪电资料和雷暴云的雨强、云顶亮温等参量做相关研究。

雷电作为对流性天气所产生的主要灾害之一,由于其成灾迅速而对其研究、预报和防治带来了极大的困难。同时,雷暴作为雷电的产生源常引起冰雹、暴雨等突发性天气灾害。利用雷电探测系统,结合雷达、地面气象观测系统,通过研究强风暴的动力、微物理和电学特征及它们之间的相互作用过程和耦合机制;研究强风暴系统与雷电活动的发展演变规律,从雷电的角度研究强对流风暴的冰雹、大风等局地气象灾害临近预报的方法和技术,发展雷电预警预报方法研究,为我国灾害性天气过程的监测和预测提供新的手段,为提高大城市和重大工程的灾害天气过程的超短时定点预报服务水平奠定基础。通过闪电特征与天气过程关系的深入研究,发展可用于业务的诊断和预报技术,进一步开发闪电资料的预报产品,为气象业务预报服务。

随着人们防雷意识的不断提高,对雷电灾害预报的要求越来越迫切,对防雷技术的要求也越来越高。鉴于气象部门具备对雷电的监测、防护和研究的优势,闪电监测资料的开发应用,会在很大程度上减少雷电灾害给人民生活和社会生产造成的损失。另外,也会对我国雷电探测和防护的规范化管理及其健康发展起到积极的作用。目前各行业对闪电灾害预报的需求量很大,在气象、航空、航天、电力、通信、军事、工业、水文、农业等部门,以及人们的日常工作生活,都需要闪电的预报产品提供雷电预报和警报的多种服务,以及雷电防护的咨询服务。

雷电预警预报产品的应用

雷电预警预报系统可以有效、实时地提供一定时间和区域内雷电发生概率,可以应用于各行业。特别是在一些特殊的场所,如高尔夫球场、爆炸物储藏仓库、运动场、户外游乐场等。为在空旷场地活动公众提供雷电预警信号,以便在雷电发生之前能及时撤离到安全的、有完善的直击雷防护措施的建筑物中;为公众日常活动及运动员特殊比赛日提供雷电预警信息,如球场、运动场、公园、游泳池、马术中心和学校,以及海滩、码头等大面积且人员较为密集的空旷场地,以便保护人身安全;为机场气象部门提供雷电活动信息,保障飞行安全,也为机场的地勤人员提供雷电预警保护;还可以为在户外训练的军人提供雷电预警信息,以便用来确定最适当的时间来关闭精密电子设备;为露天作业的人员以及易燃易爆物品的装卸和运送操作人员提供雷电预警信号,以确保这些人员的生命安全。

特别是通过以现代化技术和手段建立的公众雷电服务系统,以及准确、及时地适应公众需求、内容丰富的雷电信息产品的开发,将为电力、交通、航空航天、国防、军事、石油等应用领域提供高质量、高时空分辨率的雷电信息应用产品,并结合不同行业的特殊要求,提供专业雷电预警、灾害等级科学评估和决策分析结果,为国民经济众多部门的建设服务。

雷电预警信号

提前做好雷电防范工作,必须认识气象部门发布的雷电预警信号。

雷电预警信号分三级,分别以黄色、橙色和红色表示越来越严重。

1.雷电黄色预警信号

标准:6小时内可能发生雷电活动,可能会造成雷电灾害事故。

防御指南:

(1)政府及相关部门按照职责做好防雷工作;(2)密切关注天气,尽量避免户外活动。

2.雷电橙色预警信号

标准:2小时内发生雷电活动的可能性很大,或者已经受雷电活动影响,且可能持续,出现雷电灾害事故的可能性比较大。

防御指南:

(1)政府及相关部门按照职责落实防雷应急措施;(2)人员应当留在室内,并关好门窗;(3)户外人员应当躲入有防雷设施的建筑物或者汽车内;(4)切断危险电源,不要在树下、电杆下、塔吊下避雨;(5)在空旷场地不要打伞,不要把农具、羽毛球拍、高尔夫球杆等扛在肩上。

3.雷电红色预警信号

标准:2小时内发生雷电活动的可能性非常大,或者已经有强烈的雷电活动发生,且可能持续,出现雷电灾害事故的可能性非常大。

防御指南:

(1)政府及相关部门按照职责做好防雷应急抢险工作;(2)人员应当尽量躲入有防雷设施的建筑物或者汽车内,并关好门窗;(3)切勿接触天线、水管、铁丝网、金属门窗、建筑物外墙,远离电线等带电设备和其他类似金属装置;(4)尽量不要使用无防雷装置或者防雷装置不完善的电视、电话等电器;(5)密切注意雷电预警信息的发布。

自我预估及个人防雷原则

1.自我预估

在收听或者是收看天气预报的时候可以通过自己的感官来确定是否真的有雷电要来。

仰望天空:当天空中的积云开始迅速变黑的时候可能会出现雷电天气。

倾听杂音:在收听广播的时候,如果听到收音机发出刺耳的声音,表示可能有雷雨出现。

估计距离:如何判断雷电在何时达到本地?最简单的方法是,当看到闪电的一瞬间马上读秒,由于光速为每秒30万千米与空气中的声速每秒340米相比有明显的差异,所以,在闪电与伴随的雷声之间,会有一定的时间差。如果看见闪电后和听见雷声之间的时间间隔为5秒钟,表示雷闪发生在离自己约1.5千米左右的位置;如果是1秒钟,也就是一眨眼的时间就会听见雷声,说明雷闪位置就在附近300米左右。当遇到雷雨天气时,可以记住每次听到雷声与看见闪电的时间间隔是越来越长,还是越来越短,以此来判断雷雨是逐渐远离而去,还是越来越近,从而采取一定的防范措施。自我感觉:当你感觉到自己的头发和皮肤有异样感觉的时候,这说明雷击很快就可能出现,为了免受伤害,此时应立即采取保护措施。

2.个人防雷原则

如果遇到雷雨天气,一定不要惊慌。通常来说,要遵守两条原则:

一是要远离可能遭雷击的物体和场所,二是在室外时设法使自己及随身携带的物品不要成为雷击的对象。

按照防雷避险六字诀,就可能避免遭受雷击的伤害。防雷避险六字诀为:

一是学,即学习有关雷电及其防雷知识。

二是听,通过多种渠道,如电视、广播、报纸等及时收听或者是收看各级气象部门发布的雷电预报预警信息,不能听他人没有根据的谣传。

三是察,即密切注意观察天气的变化情况,如果发现了异常情况,一定要及时采取防护措施。

四是断,在防雷救灾中,首先要切断可能导致二次灾害的电、煤气、水等灾源。

五是救,利用已经学过的一些救助知识来进行自救或者是互救,如果有遭受雷击比较严重的人则需要进行及时抢救。

六是保,除了自我保护之外,还要利用社会防灾保险,这有这样,才能将损失降到最低。

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