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舰船防雷保障方法研究

文档作者：夏光滨，曹祥村，赵伟东文档来源： 91550部队15分队		点击数：	更新时间： 2021年11月04日
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第4期
2016年I2月
气象水文海洋仪器
Meteorological，Hydrological and Marine Instruments
No．4
Dec．2O16
舰船防雷保障方法研究
夏光滨，曹祥村，赵伟东
(91550部队15分队，大连116023)
摘 要：舰船上电子设备安装密集、使用频繁，雷电的电特性会对舰船电子设备产生极大的破
坏作用，所以雷电监测是舰船水文气象保障中不可或缺的保障内容，防雷预警工作的任何纰漏
都将直接导致保障任务的失败，造成不可挽回的严重损失。文章通过研究雷电产生发展的物
理规律，分析目前我国较先进的闪电监测设备—— 多普勒天气雷达和SAFIR3000监测系统的
监测方法，提出了一种更为准确、可靠的保障方式，并成功地应用于舰船水文气象保障实践中。
关键词：雷电监测；多普勒天气雷达；SAFIR3000
中图分类号：TP959．4 文献标识码：A 文章编号：1006—009X(2016)04-0009—03
Research on lightning protection support methods for ships
Xia Guangbin，Cao Xiangcun，Zhao W eidong
(The 15th Branch of No．91550 Unit，Dalian 116023)
Abstract：W ith its electrical characteristics，lightning causes severe damages to electronics that densely
installed and frequently used on ships．Therefore，lightning monitoring is an indispensable part of
maritime meteorological support for ships at sea．Any mistakes and omissions in lightning warning will
directly result in the failure of such support tasks with irrecoverable and heavy losses．This paper
presents a more accurate and reliable support mode after researching lightning physics and analyzing
the monitoring methods of Doppler weather radars and SAFIR3000 monitoring system，both of which
are the most advanced lightning monitoring equipment in China．This mode has seen successful
applications in the maritime meteoro10gical support for ships at sea．
Key words：lightning monitoring；Doppler weather radar；SAFIR3000
0 引言
我国海域雷电发生频繁，从北到南跨越3O多
个纬度，大部分海域位于温带和亚热带，都处于雷
雨区。雷击中心1．5～2 km范围内，都可能产生
雷击，造成的危险过电压损害电子设备。近年来，
随着舰船上数据设备和精密仪器应用的日益广
泛，雷电造成的事故有逐年上升的趋势。尤其是
电子设备大量的采用超大规模集成电路为核心组
件的测量、保护、监控、通讯和计算机 广泛应用
于航海，大型CMOS集成模块等集成原件存在的
对暂态过电压承受能力弱的特点更加突出。
空中闪电分为云间闪和云地闪。由于云地闪是
地面设施和人员安全的主要威胁，我国大多数航海
保障部门的防雷保障集中在云地闪的探测和防护；
而云间闪才是雷暴生成、发展和消灭的主要表现形
式，其探测和预报难度较大。在对雷暴的识别和跟
踪过程中，最为重要的是对雷暴处于什么发展阶段
的判断，需要积累大量保障经验。事后应及时进行
资料整理，对保障过程展开总结和讨论，逐渐建立和
收稿日期：2016-06-02．
作者简介：夏光滨(1980一)，男，大学，工程师．主要从事气象水文装备保障工作
气象水文海洋仪器
完善航海保障任务的防雷保障模式。
1 防雷保障途径
1．1 多普勒天气雷达监测
多普勒天气雷达监测雷电活动，是通过分析
对流云回波发展变化来进行的判断。多单体雷电
由一个不断变化的单体系列组成 【，其预报需要
依靠雷达回波结合地面降水、气压等要素场的分
析研究来进行 。
1．2 闪电定位监测
SAFIR3000闪电定位系统南探测站网组成，
应用三角相位法对接收到的高频信号进行干涉运
算，精确定位闪电发生区域，并通过低频信号判断
云间闪(IC)和云地闪(CG)。
2 保障方式的尝试
2．1 航行海域的实时雷电保障
舰船航行海域上空及航道路径上的雷电极其
危险，雷暴发展阶段的IC(云间闪)就可能造成严
重的后果，其保障重点是尽可能早的对云间闪定位
和预警。根据雷电发展规律，采用如下保障方式：
(1)将SAFIR3O0O闪电监测保障的重点范
围尽量扩大，使用DIsCHARGE 功能，将
wARR1NG AREA设置为以保障舰船为圆心，半
径150 km 的圆形保障区域。并打开ACTIVE和
BEEP功能，对其进行实时监控。
(2) 当WARRING AREA 区域变红、
MESSAGE报警框显示m云间闪信息并呜响报
警音时．如图1所示．应立即发布雷电预警信息，
避免 现雷击事故。
-’。l ●_ ● 一■ ●- — ● ■ —- - ●- - ’、- f
图1 雷暴预警演示
(3)在发布雷电预警信息半小时后，如术继
续监测到保障范围内的云间闪信息，对比多普勒
天气雷达匝J波，找到产生雷暴团的对流云位置，实
时监控其M波强度，如图2所示。
图2 雷达二次产品图
(4)使用M()NI'I、()R功能，监测保障区域内
雷电密度。根据雷暴团发展的客观规律，计算全
面闪电活动强度，判断所监测雷暴团的发展阶段，
适时撤销雷电预警信息。
2．2 多艘舰船的防雷预警
大型雷暴团活动产生的云地闪对单独航行舰
船的安全造成极大威胁。多艘单独航行舰船保障
的覆盖面广，通讯和导航设备对空中闪电非常敏
感，防雷预警丁=作的任何纰漏都会造成不叮挽回
的后果。鉴于航行海域分部较广。每艘舰船航行
路径不一致，统一发布防雷预警信息不现实。主
要解决的保障难题是如何准确地为各艘舰船分别
提供防雷预警。大多数舰船所在位置超过多普勒
雷达有效监测范围，只能依靠SAFIR3000雷电监
测系统进行保障。
(1)将SAFIR30O0雷电监测系统的保障重点范
围缩小至各艘舰船所在位置，使用CEI I 功能，将
WARRING AREA分别设置为以某一舰船为网心，
半径20 km的圆形保障区域，并打开ACTIvE和
BEEP功能，对其进行实时监控，如罔3所示。
图3 雷暴预警演示
第4期 夏光滨，等：舰船防雷保障方法研究
(2)当其中若干站点的wARRING AREA
区域变红、MESSAGE报警框显示出雷电信息并
鸣响报警音时，应立即向该舰船发布雷电预警信
息。由于云地闪一般较云间闪出现晚10 min以
上L4J，而且云间闪与云地闪出现的时间差越短，全
面闪电活动强度越弱，对舰船造成巨大威胁的强
雷暴天气现象从首次监测到云间闪到出现云地闪
的时间一般在1 h以上_5]，故预警时间的提前量
足够舰船采取防雷保护措施。
(3)当云间闪发生在各站点预警范围外时，以
监测CELLS方式做出未来雷暴团移动预测情况。
(4)使用DISTANCE功能计算雷暴团到舰
船预警范围的距离。根据系统预测的闪电移动方
向、速度，判断雷暴团行进到各单独预警范围的时
间，并提前2 h发布雷电预警信息。
(5)雷暴团远离各单独预警范围后，可适时
撤销雷电预警信息。
3 结论
3．1 雷电发展内在规律
首先，大气对流活动使云层带电。电荷数量在
云内逐渐增加，对流区域产生早期的云间闪电。随
对流云的发展，云间闪的发生概率同时增加。在对
流强度最大的云层，云间闪的数量占全面闪电活动
的比率达到90～99 [ 。此时，SAFIR系统已经
可以进行跟踪监测云间闪的强度和密度。
当云间闪强度和密度达到最大值时，对流云
与整个雷暴团升至最大高度，开始出现云地闪，对
航海舰船的安全也开始造成威胁。此时，距第一
次产生云间闪一般有几十分钟。
云地闪数量、强度逐渐增大，云地闪对地面放
电，云层带电量减少，云间闪的数量急剧下降，此时
的雷暴团对舰船航行危害性最强。最后，云间闪数
量减少直至最终消失，云层带电量减弱，雷电消亡。
3．2 多途径的综合保障
对于中纬度陆地上的云，大气中0~C层高度之
上大的冰粒子最早产生雷达回波 ]，而后降水发展，
回波加厚，出现一个标志着降水的回波中心(核)，经
常伴随着雷电，从最初有雷达回波到地面产生降水
大约需要10~15 min。多普勒雷达能够及时地捕捉
到活动范围、对流强度、移动方向和速度以及发展趋
势，但无法对闪电进行定位。闪电定位系统只局限
于对闪电活动的监测和定位，不能给出降水范围及
强度。闪电定位系统突出特性在于对雷电的准确定
位，而多普勒雷达则体现在对降水的监测和预报，两
者综合使用的互补性极强。
根据资料统计，强对流天气的强弱与闪电活
动速度，云间闪、云地闪的比例和云间闪、云地闪
的典型时间差之间存在一定对应关系，见表1。
闪电出现频率越高闪电活动强度越强；云间闪的
数量与云地闪的数量比数越大，则闪电活动强度
越强；云间闪与云地闪产生的时间差距越长，则闪
电活动的强度越强。
表1 全面闪电活动强度计算表
对近十年 R雷电资料进行分析整理发现，
在中小尺度局地对流过程中，对流云生消变化速度
快、时间短、其产生的影响却往往是巨大的。对于使
用天气雷达的常规预报手段，在雷达收到短时局地
对流中降雨云的反射因子之前，往往已经是电闪雷
鸣。这时，云间闪实时定位资料就成为最重要的预
报因子。雷暴云团的产生到消亡全部在监测范围内
完成，SAFIR可跟踪定位对流早期过程中产生的云
间闪电，这就使最早发现对流现象的时间更加提前，
使舰船实时防雷保障成为可能。
参考文献：
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