CN108828689A - 一种利用空飘气球人工引发闪电和雷电的方法 - Google Patents

一种利用空飘气球人工引发闪电和雷电的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用空飘气球人工引发闪电和雷电的方法，包括以下步骤：利用气象雷达监测并确定强对流天气区域；利用区域高分辨率数值预报产品，预测天空各高度层上的三维风场气象信息；计算气球空飘的轨迹，确定释放气球的位置和时间；释放气球，通过北斗卫星导航系统对气球经纬度和高度进行定位，气球即将达到强对流天气中心前，通过北斗短报文，向气球发送命令，使气球逐渐下降，达到强对流天气中心区域后，通过北斗短报文，向气球发送命令，使气球打开导线线束，释放导线，从而引发闪电；通过测量仪器将各种电参数记录下来，并用摄像机和照相机拍下了引雷实况，该方法使用的引雷气球结构简单，使用方便，该方法能够降低引雷成本。

Description

一种利用空飘气球人工引发闪电和雷电的方法
技术领域
本发明涉及一种利用空飘气球人工引发闪电和雷电的方法。
背景技术
雷电是世界十大自然灾害之一，目前对于雷电的防护措施还是采取“预防为主，防治结合”的方针，属于被动防护的阶段。随着防雷技术的迅速发展，将由安装防雷装置的“被动防雷”将逐渐过度到安装防雷装置的“被动防雷”与人工引雷“主动防雷”相结合的阶段，人工引雷技术的日臻成熟，人工引雷的成功率逐渐提高，使得进行主动防雷成为可能。人工引雷就是在雷暴条件下向云体发射拖带细金属丝的方式以人工诱发雷电的专门技术。目前人工引雷是通过火箭拖带细金属导线的方法来实现的，运用火箭不仅需要动力支持，而且安全系数比较低，火箭引雷成本比较高，使用不方便。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种能够降低成本，结构简单，使用方便的利用空飘气球人工引发闪电和雷电的方法。
本发明提出的一种利用空飘气球人工引发闪电和雷电的方法，包括以下步骤：
步骤(1)利用气象雷达监测并确定强对流天气区域；
步骤(2)利用区域高分辨率数值预报产品，预测天空各高度层上的三维风场气象信息；
步骤(3)计算引雷气球空飘的轨迹，确定释放引雷气球的位置和时间；
步骤(4)释放引雷气球，通过北斗卫星导航系统对气球经纬度和高度进行定位，获取空飘气球实时位置信息，气球即将达到强对流天气中心前，通过北斗短报文，向引雷气球发送命令，使气球逐渐下降，达到强对流天气中心区域后，通过北斗短报文，向引雷气球发送命令，使引雷气球打开导线线束，释放导线，从而引发闪电；
步骤(5)通过测量仪器将各种电参数记录下来，并用摄像机和照相机拍下了引雷实况。
进一步的，步骤(3)中计算引雷气球空飘的轨迹的方式为：通过U(东西方向风速)、V(南北方向风速)、W(垂直方向风速)，来预测气球空飘的经纬度和高度，公式为：
X2-X1＝U*Δt；
Y2-Y1＝V*Δt；
Z2-Z1＝W*Δt；
其中X1、Y1、Z1分别为前一次引雷气球所在的经度、纬度和高度，Δt为间隔时间。
进一步的，步骤(3)和步骤(4)中所述的引雷气球包括充有气体的气球本体和控制盒，所述控制盒固定在所述气球本体的下端，所述控制盒中安装有控制电路板、电池和导线线束，所述气球本体的下端部分安装有电控阀门，所述电控阀门与所述控制电路板通信连接。
进一步的，所述控制盒中安装有电控夹，所述电控夹与所述控制电路板通信连接，所述导线线束夹设在所述电控夹上。
进一步的，所述电池提供所述控制电路板、电控阀门和电控夹工作所需的电能。
进一步的，所述气球本体中充入的气体为氦气或氢气。
进一步的，所述导线线束包括金属线轴和导线，所述导线缠绕在所述金属线轴上。
进一步的，所述导线为直径0.2mm的细钢丝，耐拉力为72N，重量为0.25kg/km。
进一步的，所述控制电路板上安装有北斗卫星导航系统接收芯片。
借由上述方案，本发明至少具有以下优点：通过引雷气球将导线线束带到空中，引雷气球本体中充入氦气或氢气，无需动力支持即可自动升向天空，利用北斗卫星导航系统对气球经纬度和高度进行定位，获取空飘气球实时位置信息，通过北斗短报文，向引雷气球发送命令，使气球逐渐下降，达到强对流天气中心区域后，通过北斗短报文，向引雷气球发送命令，使引雷气球打开导线线束，释放导线，从而引发闪电，该方法使用的引雷气球结构简单，使用方便，该方法能够降低引雷成本。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1为本发明中引雷气球的结构示意图；
图2为本发明中引雷气球释放导线线束的示意图；
图3为本发明中引雷气球运动轨迹的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例：一种利用空飘气球人工引发闪电和雷电的方法，包括以下步骤：
步骤(1)利用气象雷达监测并确定强对流天气区域；
步骤(2)利用区域高分辨率数值预报产品，预测天空各高度层上的三维风场气象信息；
步骤(3)计算引雷气球空飘的轨迹，确定释放引雷气球的位置和时间；
步骤(4)释放引雷气球，通过北斗卫星导航系统对气球经纬度和高度进行定位，获取空飘气球实时位置信息，气球即将达到强对流天气中心前，通过北斗短报文，向引雷气球发送命令，使气球逐渐下降，达到强对流天气中心区域后，通过北斗短报文，向引雷气球发送命令，使引雷气球打开导线线束，释放导线，从而引发闪电；
步骤(5)通过测量仪器将各种电参数记录下来，并用摄像机和照相机拍下了引雷实况。
步骤(3)中计算引雷气球空飘的轨迹的方式为：通过U(东西方向风速)、V(南北方向风速)、W(垂直方向风速)，来预测气球空飘的经纬度和高度，公式为：
X2-X1＝U*Δt；
Y2-Y1＝V*Δt；
Z2-Z1＝W*Δt；
其中X1、Y1、Z1分别为前一次引雷气球所在的经度、纬度和高度，Δt为间隔时间。
根据气象雷达监测到强对流天气区域，通过这种方式计算出引雷气球的运动轨迹，从而选定好引雷气球的位置和时间。
步骤(3)和步骤(4)中所述的引雷气球包括充有气体的气球本体1和控制盒2，所述控制盒固定在所述气球本体的下端，所述控制盒中安装有控制电路板3、电池4和导线线束5，所述气球本体的下端部分安装有电控阀门6，所述电控阀门与所述控制电路板通信连接。初始状态气球本体中充满气体，引雷气球上升过程中，到达一定高度达到平衡后，随大气进行水平漂移，当引雷气球即将达到强对流天气中心前，通过北斗短报文，向引雷气球发送命令，使电控阀门打开，从而释放气球本体中的气体，使引雷气球逐渐下降。
所述控制盒中安装有电控夹7，所述电控夹与所述控制电路板通信连接，所述导线线束夹设在所述电控夹上。当引雷气球达到强对流天气中心区域后，通过北斗短报文，向引雷气球发送命令，使电控夹打开，导线线束脱离电控夹，向下坠落，从而释放导线，引发闪电。
所述电池提供所述控制电路板、电控阀门和电控夹工作所需的电能。
所述气球本体中充入的气体为氦气或氢气。
所述导线线束包括金属线轴10和导线11，所述导线缠绕在所述金属线轴上。
所述导线为直径0.2mm的细钢丝，耐拉力为72N，重量为0.25kg/km。
所述控制电路板上安装有北斗卫星导航系统接收芯片8。
气球作为一种升空器具，是目前高空观测中使用的主要工具与其他升空器具(气机、火箭、卫星等)相比，具有不需要动力、花费少、使用方便的特点。
气象雷达可以监视半径为400公里范围的地区内台风、暴雨、飑线、冰雹、龙卷等大范围强降水天气，对雹云、龙卷气旋等中小尺度强天气现象的有效监测和识别距离可达230公里，可在距离雷达150公里处识别雹云中尺度为2～3公里的核区，或判别尺度为10公里左右的龙卷气旋。
导线是非常重要的，引雷用的导线必须具备以下条件：要有足够的抗拉强度；导线要细，重量要轻，以减轻气球的负荷；导线表面要光滑，以减小飞行时的阻力。
对由于没有漂移到大气强对流区域的引雷气球，为了安全空飘引雷气球应具有自毁功能。
若通过北斗定位系统发现，该引雷气球无法实现人工引雷的功能，通过北斗系统用户终端的双向报文通信功能，向控制电路板传送一条控制命令信息，使电控阀门完全打开不再关闭，使气球本体迅速放气，从而落地自毁。
在实际进行人工引雷时，需要建设观测室，地点选择在远离城市人烟稀少的野外，以引雷气球释放点为中心1km范围内应无村庄及高压线。一般观测室距离发射架70米-100米处建立，以便控制与观测。人工引雷时，所有监测和测量仪器全部进入工作状态，当雷暴云附近地面电场已达到发射指标时，释放引雷气球，引雷气球飞到雷暴云团中间时，释放导线，一般情况下3-4s后就会引下闪电。此时测量仪器均将各种电参数记录下来，并用摄像机和照相机拍下了引雷实况，这样就完成了人工引雷作业。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种利用空飘气球人工引发闪电和雷电的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤(1)利用气象雷达监测并确定强对流天气区域；
步骤(2)利用区域高分辨率数值预报产品，预测天空各高度层上的三维风场气象信息；
步骤(3)计算引雷气球空飘的轨迹，确定释放引雷气球的位置和时间；
步骤(4)释放引雷气球，通过北斗卫星导航系统对气球经纬度和高度进行定位，获取空飘气球实时位置信息，引雷气球即将达到强对流天气中心前，通过北斗短报文，向引雷气球发送命令，使气球逐渐下降，达到强对流天气中心区域后，通过北斗短报文，向引雷气球发送命令，使引雷气球打开导线线束，释放导线，从而引发闪电；
步骤(5)通过测量仪器将各种电参数记录下来，并用摄像机和照相机拍下了引雷实况。
2.根据权利要求2所述的一种利用空飘气球人工引发闪电和雷电的方法，其特征在于：步骤(3)中计算引雷气球空飘的轨迹的方式为：通过U(东西方向风速)、V(南北方向风速)、W(垂直方向风速)，来预测气球空飘的经纬度和高度，公式为：
X2-X1＝U*Δt；
Y2-Y1＝V*Δt；
Z2-Z1＝W*Δt；
其中X1、Y1、Z1分别为前一次引雷气球所在的经度、纬度和高度，Δt为间隔时间。
3.根据权利要求1所述的一种利用空飘气球人工引发闪电和雷电的方法，其特征在于：步骤(3)和步骤(4)中所述的引雷气球包括充有气体的气球本体和控制盒，所述控制盒固定在所述气球本体的下端，所述控制盒中安装有控制电路板、电池和导线线束，所述气球本体的下端部分安装有电控阀门，所述电控阀门与所述控制电路板通信连接。
4.根据权利要求3所述的一种利用空飘气球人工引发闪电和雷电的方法，其特征在于：所述控制盒中安装有电控夹，所述电控夹与所述控制电路板通信连接，所述导线线束夹设在所述电控夹上。
5.根据权利要求4所述的一种利用空飘气球人工引发闪电和雷电的方法，其特征在于：所述电池提供所述控制电路板、电控阀门和电控夹工作所需的电能。
6.根据权利要求7所述的一种利用空飘气球人工引发闪电和雷电的方法，其特征在于：所述气球本体中充入的气体为氦气或氢气。
7.根据权利要求3所述的一种利用空飘气球人工引发闪电和雷电的方法，其特征在于：所述导线线束包括金属线轴和导线，所述导线缠绕在所述金属线轴上。
8.根据权利要求5所述的一种利用空飘气球人工引发闪电和雷电的方法，其特征在于：所述导线为直径0.2mm的细钢丝，耐拉力为72N，重量为0.25kg/km。
9.根据权利要求2所述的一种利用空飘气球人工引发闪电和雷电的方法，其特征在于：所述控制电路板上安装有北斗卫星导航系统接收芯片。
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