基于电场监测和雷达数据实时分析的雷电监测预警方法与流程

本发明涉及雷电预警，更具体地说，本发明涉及基于电场监测和雷达数据实时分析的雷电监测预警方法。

背景技术：

1、目前雷电是大气中电荷分离和放电的结果，通常伴随着雷雨云的存在，雷暴是一种复杂的天气现象，涉及到气温、湿度、大气不稳定性等多个因素，使用实时数据处理技术，将雷达和电场仪数据进行分析，以检测雷电活动的迹象，通常使用特征提取、阈值分析等方法；

2、通常根据多个监测站点的数据预测雷电的具体位置，并且根据历史数据不断验证雷电监测预警系统的准确性，并根据实际数据和事件进行模型改进，有助于提高系统的性能，雷达通常用于检测雷暴团或大范围的雷电活动，而难以精确检测单次雷电闪电事件，大气电场仪在某些情况下可以更容易地检测和定位单次闪电事件，因为它们可以感知大气中的电场变化，包括闪电产生的电场扰动，大气电场仪能够测量大气中的电势变化，当有雷电发生时，会在电场中引起突然的电位变化，这些电位变化可以用来检测闪电的发生、位置和强度，因此大气电场仪对于监测单次雷电闪电事件相对敏感，因此将大气电场仪和雷达结合，可以更精准地预测区域雷电活动。

3、现有技术存在以下不足：

4、气象雷达接收雷达无线电波遭遇大气粒子的反射信号，将接收到的信号被处理和解释，以生成气象信息，大气电场仪是固定安装在地面上的设备，用于长期监测大气电场和闪电活动，目前将雷达与多个大气电场仪结合，综合性分析区域雷电活动，提高区域雷电活动的精准性，但是气象雷达对小尺度的雷电活动监测相对困难，通常使用聚类算法计算雷电团的运行轨迹，在雷电团的轨迹处提前部署雷达获得更精准的气象数据，但是单独的雷电事件可能会被遗漏或混杂在雷电团中，不易对小尺度的单独雷电监测分析。

5、为了解决上述两个缺陷，现提供一种技术方案。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施例提供基于电场监测和雷达数据实时分析的雷电监测预警方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：所述预警方法包括以下步骤：

3、s1：根据气象雷达获得可能发生雷电的区域，数据采集模块收集该区域大气电场仪的特征信息；

4、s2：对气象雷达获得的可能出现雷电活动的区域使用大气电场仪分析，特征值处理模块获得大气电场仪特征值数据；

5、s3：根据大气电场仪的特征值数据，对气象雷达判断可能出现雷电活动的区域进行详细分析，通过评估模块获得雷电预警区域和正常区域；

6、s4：根据环境对雷电活动的影响对雷电预警区域和正常区域相接处的正常区域建立环境影响评估系数，并进一步对小尺度的雷电活动检测。

7、在一个优选的实施方式中，评估模块建立雷电评估系数具体包括以下步骤：

8、数据模块采集大气电场仪的参数数据，参数数据包括：电场时序差分浮动系数、电场时序差分浮动系数以及电场探测量系数，通过计算公式建立雷电评估系数，雷电评估系数的计算公式为：式中，fdσ为电场时序差分浮动系数，sde为电场抖动速度系数，tcyx为电场探测量系数，α1、α2、α3为电场时序差分浮动系数、电场抖动速度系数、电场探测量系数的比例系数，α1、α2、α3大于0。

9、在一个优选的实施方式中，所述电场时序差分浮动系数的具体步骤如下：

10、t1：遍历电场强度数据，依次检查每个时间点的电场强度；

11、t2：检测电场强度的极性变化，判断当前时间点的电场强度是正还是负，并记录下电场强度的极性变化情况；

12、t3：当检测到电场强度从正转为负或从负转为正时，记录此时的时间点；

13、t4：继续遍历数据，每次极性变化时都记录时间点；

14、t5：根据记录的时间点，计算出每次电场由正转负或由负转正的时间间隔；

15、t6：计算这些时间间隔的均值，得到每次电场由正转负或由负转正的时间均值，记作sde，sde为电场抖动速度系数。

16、在一个优选的实施方式中，所述电场抖动速度系数的获取逻辑如下：

17、根据大气电场仪获得采集时间段内的电场强度数据e1、e2、e3……en，时间点t时的电场强度差分的计算公式为：δet＝et+1-et，其中，et+1表示后一个时间点的电场强度，et表示前一个时间点的电场强度，t大于0；

18、计算在采集时间段内电场强度差分的平均值，计算公式为：

19、计算在采集时间段内电场抖动速度系数，计算公式为：

20、所述的基于电场监测和雷达数据实时分析的雷电监测预警方法，其特征在于：所述电场探测量系数的获取逻辑如下：

21、根据大气电场仪的历史数据获得未出现雷电活动的电场强度平均值设置电场强度范围阈值：根据大气电场仪获得采集时间段内的电场强度数据e1、e2、e3……en与电场强度范围阈值对比，获得超出电场强度范围阈值的数量记作电场探测量系数。

22、在一个优选的实施方式中，设置雷电评估系数阈值根据雷电评估系数阈值对划分的区域评级，超过雷电评估系数阈值的区域记作雷电预警区域，未超过雷电评估系数阈值的区域记作正常区域。

23、在一个优选的实施方式中，评估模块建立环境影响评估系数具体包括以下步骤：

24、所述评估模块根据数据采集模块获取相应参数，其中包括气溶胶不稳定系数、大气不稳定系数以及地貌环境系数，评估模块通过公式建立环境影响评估系数，计算公式为：式中，nd为气溶胶不稳定系数，dqwd为大气不稳定系数，dm为地貌环境系数，wzq为位置权重系数，β1、β2、β3、β4分别为气溶胶不稳定系数、大气不稳定系数、地貌环境系数、位置权重系数的比例系数，且β1、β2、β3、β4大于0。

25、在一个优选的实施方式中，所述气溶胶不稳定系数的获取逻辑为：通过采集大气中pm2.5的浓度估算大气气溶胶的浓度，气溶胶稳定系数的计算公式为：式中，ndmax为在采集时间段pm2.5浓度的最大值，ndmin为在采集时间段pm2.5浓度的最小值，ndavg为在采集时间段pm2.5的平均值；

26、所述的基于电场监测和雷达数据实时分析的雷电监测预警方法，其特征在于：所述地貌环境系数的计算公式为：其中，qi×si表示在i采集区域，该区域的地貌特征的面积与对应地貌特征的权重因子的乘积

27、所述的基于电场监测和雷达数据实时分析的雷电监测预警方法，其特征在于：所述位置权重系数的计算公式为：式中，z表示在设置半径内，大气电场仪中超过雷电评估系数大气电场仪的数量，l表示采集区域与超过雷电评估系数大气电场仪的距离。

28、本发明的技术效果和优点：

29、1、本发明通过大气电场仪和雷达对区域雷电活动的检测，将监测区域划分成小尺度的区域，有助于对气象工作人员在小尺度范围区域监测雷电活动；

30、2、本发明将大气电场仪的监测范围作为雷电预警的最小区域，通过建立环境影响评估系数，根据对环境影响评估系数的比较获得最有可能发生雷电的区域，有利于气象工作人员提前对该区域预警，并且延长了雷电预警的时间。