湖南省地方標準《基于大氣電場變化的雷電預警技術要求》編制說明湖南省氣象災害防御技術中心2021年8月目錄TOC\o"1-3"\h\u29700一、工作簡況 1153491.任務來源 162722.協作單位 1313513.主要工作過程 1286054.標準起草人工作 230880二、標準編制原則和確定標準主要內容 3136371、術語的定義 313042、設備通用參數要求 485203、預警各項參數要求 54846（1）大氣電場值與雷電的對應關系 628616（2）大氣電場變化與雷電的對應關系 6303404、預警檢驗及參數調整 812902三、與有關的先行法律、法規和強制性標準的關系 922195四、重大分歧意見的處理經過和依據 918785五、標準作為強制性標準或推薦性標準的建議 923620六、貫徹重大分歧意見的處理經過和依據 91478七、廢止現行有關標準的建議 914830八、其他應予說明的事項 9一、工作簡況1.任務來源閃電是自然界頻繁發生的瞬時強放電現象。閃電發生時產生的機械效應、熱效應、反擊電壓和雷電感應等，能對人身、建（構）筑物、電子電氣設備等造成極大的損害，精準的雷電預警需求較為迫切。湖南省氣象災害防御技術中心自2007年起開始為油庫、機場、景區等雷電敏感部門提供雷電預警專項服務，對雷電及相關氣象資料在雷電預警中的應用取得了一定的經驗，利用大氣電場監測數據對敏感區域開展雷電監測預警，有了較為成熟、完整的經驗。結合防雷減災工作需求，和雷電專項用戶在雷電監測、預警和服務工作中獲得的經驗和成果，2019年12月在經過標準項目查新后，省氣象災害防御技術中心向湖南省市場監督管理局申報了地方標準《基于大氣電場變化的雷電預警技術要求》的編制申請。2020年項目獲得立項并開始實施。2.協作單位廈門大恒科技有限公司為本標準的協作單位。3.主要工作過程（1）2019年12月，中心組織一線業務人員進行了《基于大氣電場變化的雷電預警技術要求》地方標準的申報。2020年3月湖南省市場監督管理局下發了“《關于下達2020年度地方標準制修訂項目計劃的通知》（湘市監標函﹝2020﹞21號），正式下達《基于大氣電場變化的雷電預警技術要求》編制項目，湖南省氣象災害防御技術中心、廈門大恒科技有限公司為起草單位。（2）2020年4—8月，完成了大氣電場設備、大氣電場在雷電預警中應用的相關資料收集整理。（3）2020年8月—2021年6月，對湖南大氣電場值、大氣電場雷電預警進行了數據統計分析、過程應用跟蹤，參數統計、預警流程總結等。（4）2021年5月—7月，標準編寫。（5）2021年8月—9月，標準征求意見稿。（6）2021年10月，標準修改及發布。4.標準起草人工作鄧戰滿：項目負責人。負責標準的技術方法研究和標準撰寫工作及參加編制說明編寫。李博?。褐饕獏⒓尤藛T。完成標準中大氣電場變化參數確定。唐瑤：主要參加人員。大氣電場設備及應用相關研究、參數確定、標準編寫。王久熹：主要參加人員。大氣電場變化參數確定、標準編寫。劉鳳姣：主要參加人員。標準框架制定、標準編寫。呂慶永：參數人員。流程制定，標準編寫。謝露：參加人員。雷電預警、服務相關標準收集、整理，過程及應用總結。王道平：參加人員。應用分析總結。黃浩：參加人員。應用分析總結。趙景昭：參加人員。應用分析總結。二、標準編制原則和確定標準主要內容1、術語的定義（1）大氣電場儀：通過測量大氣電場的強度和極性的連續變化實時地監測云層的帶電狀況，并對可能造成雷擊危險的大氣電場變化加以識別和預警的設備。（2）大氣電場探測技術：通過導體在電場里面產生感應電荷的原理進行探測電場數值，可分為地面大氣電場探測、空中電場探測以及空間電場探測。（3）大氣電場值：帶電物質和大氣之間產生電力相互作用的物理場的電荷數值。（4）大氣電場浮動基準值：某段時間內電場變化幅度小于一定范圍內的電場浮動均值。（5）大氣電場變化率：一定時間間隔的大氣電場差值。（6）大氣電場變化持續時間：大氣電場變化率超過某個設定值所持續的時間。（7）大氣電場變化有效點數：一定時間內大氣電場變化率與大氣電場浮動基準值的差值，超過設定值的個數。（8）雷電：發展旺盛的積雨云中伴有閃電和雷鳴的放電現象。（9）地閃：雷暴云與大地之間的放電現象。（10）有效覆蓋范圍：有效覆蓋范圍指一個預警設備能有效并準確探測進行預警的范圍。（11）雷電預警：指將所監測區域的雷暴活動通過雷電預警系統處理所得數據并對特定目標區域發出有效雷電警報。2、設備通用參數要求晴天大氣中始終存在方向垂直向下的大氣電場，大氣和大地帶異性電荷。大氣中存在晴天大氣傳導電流，不斷中和大氣和大地所帶的電荷，使大氣電場不斷減弱。當有云時，云中大氣電過程所產生的帶電降水形成降水電流，也不斷中和大氣和大地所帶的電荷。維持恒定的大氣電過程的原因是大氣中的雷暴電過程。當有雷暴時，云地閃電擊云下方地物和植物的尖端放電過程，將增加大氣和大地所帶的異性電荷。當大氣中的帶電過程和電荷中和過程達到平衡時，形成恒定的晴天大氣電場。目前大氣電場儀按預警探測頭結構工作方式可分為磨機探測式和固態探測式。磨機式利用導體在電場中產生感應電荷的原理，通過感生電荷的變化檢驗空間電場的強度。通常是一個電機帶動一組開有多孔的金屬葉片（稱為轉子）去分時屏蔽同樣一組固定的金屬片（稱為定子），使得空氣中的靜電場在不斷地屏蔽、暴露過程中形成一交變信號，再把該信號進行處理以完成近似直流的靜電場測量。固態雷電探測設備采用的浮動基準電場：以當前的電場強度為基準，計算出大氣電場變化峰值、變化率、持續時間。利用大氣電場進行雷電預警時，需實時獲取大氣電場的監測數據，本標準對設備的供電、基礎安裝、工作環境、通訊功能、數據采樣等性能提出了通用參數的要求。設備使用太陽能供電時，在不同天氣條件下應能連續工作15天。

設備使用220V交流供電時，應采用防雷型隔離變壓器供電，隔離變壓器應安裝在控制箱內。電源線應通過鐵管屏蔽引入，或者埋地0.5米以下引入。

設備工作環境溫度范圍-25℃～65℃，相對濕度<95%(RH)。

設備應具有4G網絡通訊功能，或者RS485通訊接口或以太網通訊接口。

電場采集時間分辨率不低于1次/秒。安裝環境要求安裝位置應便于后續維護，確保安全無墜落傷人危險。安裝位置應有良好的無線通信信號設備的仰角不能小于120度應避免在以下環境安裝：屋頂邊緣或邊緣附近冷凍水空調冷卻塔；排氣口所對的位置；持續暴露于大氣污染物或從煙囪、車輛和飛機中排出的廢氣；高塔或射頻發射器；高壓輸電線路附近200米范圍內等。3、預警各項參數要求（1）大氣電場值與雷電的對應關系通過大量觀測，大氣電場儀對近距離雷暴過頂時的電場變化很敏感，電場值有以下特點。雷暴前階段：電場值的絕對值開始增大，出現大于1.5kV/m的場強值。雷暴初期階段：電場值開始迅速增加,場強達到4kV/m左右。雷暴高峰階段：隨著雷暴的發展達到高峰，電場出現強脈沖，峰值可達15kV/m。雷暴中期階段：由于云內累計電荷量增加，地面大氣電場脈沖的峰值繼續增高，一般會大于18kV/m，但雷閃頻率下降。雷暴晚期階段：由于雷云下部電荷大量減少，地面大氣電場不再發生脈沖變化。雷暴終結階段：地面大氣電場值基本恢復雷暴發生前值，但沒有完全恢復正常。為了獲得較早的預警，設置3kV/m為第一級閾值，當電場強度絕對值超過此閾值時，意味著雷雨正在現場幾公里外或本地形成。設置5kV/m第二級閾值，當電場強度絕對值超過此閾值時,意味著雷雨云非?？拷F場,雷擊的概率提高,用于確認雷雨云的存在；設置7kV/m為第三級閾值，當電場強度絕對值超過此閾值時，意味電荷聚集到相當危險的程度，已經形成雷閃條件，（2）大氣電場變化與雷電的對應關系在雷云形成和放電接閃過程中因為高頻的電磁脈沖和較大的放電電流，都會使云地之間的大氣電場發生變化，較為明顯的變化規律在一定程度上能客觀的反應雷電發生的概率。利用大氣電場變化進行雷電預警需要包括這幾個方面參數：實時采樣電場值a浮動電場基準值CC判斷預警發生電場變化值（K）大氣電場變化持續時間(DA)大氣電場變化有效點數（Ep）判斷每級預警發生時的監測時間(T1、T2、T3)判斷每級預警級別時的預警有效點數量(N1、N2、N3)浮動基準值的確定取一定時間長度，如90秒的實時電場值a進行滑動平均值的計算，當連續90個均值都在一定范圍內時，將其中的基準值定為浮動基準值，并在未達到預警時，不斷修正此浮動基準值。預警啟動當實時電場值與浮動基準值的差達到發生電場變化值時，停止浮動基準值的判斷，啟動預警發布判斷。啟動判斷后連續1分鐘內，實時電場與浮動基準差值的個數達到觸發預警變化有效點數大于1個時，啟動一級預警。啟動判斷后連續連續3分鐘內，實時電場與浮動基準差值的變化有效點數為至少為5個時，啟動二級預警；或將一級預警升級為二級預警。啟動判斷后連續連續5分鐘內，實時電場與浮動基準差值的變化有效點數大于等于9個時，啟動三級預警；或將二級預警升級為三級預警。（3）預警延續每級預警啟動后，預警有效時間定為15分鐘，在15分鐘內仍做預警發布判斷，只要有某一時刻預警變化有效點數符合預警標準，則預警有效時間從此時刻向后延續15分鐘。（4）預警解除當啟動預警后，有效點數不符合預警標準時，解除預警。4、預警檢驗及參數調整為提高預警有效率，需對閃電實況和預警發布情況進行統計，進行參數調整。統計采用預測、出現的四種組合：命中：事件預測發生，并且確實發生了。漏報：事件預測未發生，但確實發生了。空報：發生事件預測，但未發生。正確的否定：事件預測不會發生，也不會發生。有閃電無閃電有預警命中空報無預警漏報正確的否定當漏報比例偏大時，對大氣電場的值的指標向下調整；大氣電場變化相關參數中，變化率下調，增大持續時間，減少有效點數。當空報的比例偏大時，調高大氣電場值；或增大變化率，減少持續時間，增加有效點數。三、與有關的先行法律、法規和強制性標準的關系本標準規定了基于大氣電場變化的雷電預警技