新型自动气象站雷电灾害的原因分析及雷电防护探析
王能辉
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王能辉,. 新型自动气象站雷电灾害的原因分析及雷电防护探析[J]. 气候变化研究,2021.4. DOI:10.12721/ccn.2021.157029.
摘要:
雷电是产生于大气中的一类瞬态大电流、强电磁辐射、高电压的一类自然灾害,会导致建筑物、通讯设施、电子设备受到不同程度的损坏,甚至导致人民众伤亡,我国每年因雷击天气而造成的安全事故十分严重。
关键词: 气象站雷电灾害原因雷电防护
DOI:10.12721/ccn.2021.157029
基金资助:


引言

雷电灾害被联合国列为十大自然灾害之一,严重威胁着人们的生命财产安全和社会经济的发展。随着现代化信息事业的发展,雷电灾害对社会经济建设和人们生命财产安全的影响越来越大,因此,对雷电灾害风险进行科学分析对防灾减灾工作有着十分重要的指导意义。

1现阶段雷电灾害预警

考虑到其显著的社会经济影响,准确的闪电预报受到了人们高度的重视。在雷暴的生成机制中,当冰晶和霰粒子在过冷液态水的存在下碰撞时,会发生电荷分离。电荷在不同类型的粒子之间传递,然后在重力和对流运动的影响下,粒子按质量分离。在雷电灾害研究报告中发现,正、负风暴与中尺度环境有关,例如分析了9个不同的中尺度强风暴区,发现正风暴和负风暴的中尺度环境存在显著的系统性差异。他们假设中尺度环境通过直接控制风暴结构、动力学和微物理间接影响CG闪电极性,进而控制风暴起电和地闪极性。由于光照涉及许多大气过程和云中过程之间的复杂相互作用,因此对这一现象的研究继续产生广泛的预测方法也就不足为奇了。许多研究在云解析数值模型中实现了复杂的电化物理。例如,在WeatherResearchandForecasting(WRF)模型中实现了一个显式的电化和闪电预测模块,其中包括云内、非感应和感应碰撞充电,环境电场三维分量的显式椭圆解,以及2个放电参数化。另一方面,一些研究采用了简单实用的参数化方法,以实现有用的闪电预测,而无需向云解析模型中添加带电子程序。除了产生大量闪电指标的闪电诊断方案(如平均闪电活动)以及长达数天的有效预测外,一些研究还侧重于在不久的将来对闪电威胁进行评估,并通过对单个闪电和/或风暴内闪电的开始进行现报来提供早期预警。公园、体育中心、学校、地方政府大楼、机场、航天中心等的雷电预警系统受益于此类雷电临近预报方案的输出,使决策者有足够的时间对工作人员和游客采取必要的安全预防措施,停止对雷电敏感的操作,并保护设备。将雷达、卫星、雷电探测系统、地面电仪和探空仪的观测数据与天气型预报产品相结合,开发了雷电预警系统,并对通电和放电模型进行了数值模拟,该系统能够提供即将到来的0~1h雷电活动电位和预警产品。使用雷达导出的参数,即等温线反射率和垂直积分lce(VII),作为肯尼迪航天中心上空近场照明。尽管有几种不同的方法应用于解决闪电临近预报和预警生成这一重要问题,但该问题所涉及的复杂过程和大量参数使得多元气象资料分析方法仍具有潜在的应用前景。

2自动气象站周围闪电特征

气象观测站所在区域范围的雷电流强度属于中等水平,但是气象观测站的地闪密度在研究范围数值最大,因此可以从直击雷和感应2个方面进行雷电防护。直击雷可采用独立接闪杆和设置均压环的方法,确保该观测站能够在接闪杆保护范围以内;均压环的设置可以使雷电流及时泄入大地,同时避免反击的发生。另一方面,由于现代智能化气象仪器朝着微型化、精准化的方向发展,致使其耐受外界过电压能力不断减弱,因此防止电涌侵入仪器也是防雷的重要组成部分。为了安全起见,以雷电流幅值的最大值100kA作为浪涌防护的临界值。

3多元气象资料在雷电灾害预警中的应用

在大气科学中,来自遥感平台和全球尺度地球系统模型的大量数据库提供了大量的数据流。大量此类数据的可用性为大气科学的大数据革命提供了巨大的机会。根据计算机提供的多元气象资料存档数据,对雷电灾害进行预测,传统的算法依赖于大量的规则和原则,多位预报员和研究人员将多元气象资料与大气科学相结合,旨在提高不同条件下对多种与天气有关的现象的预测能力。例如,意大利东北部冰雹的神经网络集成预报。使用多元气象资料模型来预测风暴产生冰雹的概率和雷达估计的每个预报风暴的冰雹大小分布参数。虽然选定的气象参数不一定代表雷暴充电区内的高层气象,但它们是雷暴中包含的低层因子的指标,也可以比许多高层大气参数实现更可靠、连续的测量,而高层大气参数可能与光的产生有更密切的联系。

4优化防雷监管的路径

4.1优化防雷监管流程设计

防雷监管涉及防雷产品管理、防雷工程专业资质管理、防雷装置检测机构资质管理、防雷装置设计审核和竣工验收、防雷工程施工的监管、防雷装置的定期检测、雷电的监测与预警、雷电灾害调查与鉴定以及防雷安全监管等多个环节,涉及到对人员(防雷人员等)、财物(防雷产品、收费等)、技术(防雷工程与技术等)、信息(安全预警等)各个方面的监管,而且涉及前端控制、过程监管、末端治理等监管环节。因此,必须优化每一个防雷监管项目的实施流程,对防雷监管机制、技术手段、管理模式等进行调整优化,建立灵活机制、强化分类监管、探索专业监管的优化措施,确保防雷监管举措的精细化、监管的专业性以及无缝隙的监管。

4.2电源系统雷电过电压保护装置的检测

仔细观察浪涌保护器(SPD)安装是否牢靠,外观有无破损;仔细记录SPD的型号和一些参数情况;认真检查对接线,测量对接地电阻,查看其是否符合相关要求,是否具有保护效果,直流参考电压和漏电流值是否在规范要求的区域内;及时标注清楚发生故障或损坏的电涌保护器,并详细记录原始记录表。基于压敏电阻的电涌保护器需要认真检测压敏电阻电压和漏电流。首次测量压敏电压(U1mA)时,实际测量值需要依据防雷检测规范中电涌保护器最大持续工作电压Uc对应的压敏电压(U1mA)范围内建筑防雷装置。若没有相应的Uc值,则交流防雷器的压敏电压(U1mA)值与最大持续工作电压Uc的比值应≥1.5。在压敏电阻电压(U1mA)的后续测量中,不仅要满足上述要求,实际测量值应≥第一次测量值的90%。第一次测量I时,单个MOV构形成的电涌保护器漏电电流(Iie)的测量值不应超过制造商规定的Iie最大值;假若制造商没有泄漏电流I,即测量实际值不应超过20μA。在电源浪涌保护器的引线上,需要串联保护断路器,以避免电涌保护器发生故障时中断系统供电。

结束语

从根本而言,防雷监管改革过程中重“简政放权”轻“放管结合”、重“技术监管”轻“优化服务”,缺乏全局性改革战略眼光和整体性战术举措。为此,必须从全局的视角,通过清单制度、流程再造以及联动监管来整体推进防雷监管格局的创新发展。防雷减灾是一项涉及国民经济建设、社会发展和人民生命财产安全的重要工作,也是《气象法》赋予气象部门的政府行政管理职能。气象部门应把防雷减灾这一项长期而又艰巨的任务做好,持续深化防雷减灾体制改革,巩固改革成果,为社会经济发展提供更好的服务。

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