之前我們以問答的形式介紹了大氣電場科普｜帶你認(rèn)識大氣電場，點擊藍字回顧。大氣電場探測技術(shù)的發(fā)展歷程，不僅見證了人類對于天空之謎的不斷探索和認(rèn)知，更為我們揭示了一系列前所未知的自然規(guī)律和現(xiàn)象。從過去到現(xiàn)在，我們已經(jīng)積累了大量的研究成果，而未來又將會有哪些新的突破和發(fā)現(xiàn)呢？讓我們一起來探討大氣電場探測的過去、現(xiàn)在和未來吧！
過去
大氣電學(xué)的研究已經(jīng)有二百多年的歷史了，隨著科技的不斷發(fā)展，20世紀(jì)60年代以來，從雷暴和閃電引起大氣電場變化的機理，到把大氣電場用于反演和監(jiān)測，大氣電場探測技術(shù)也在不斷地向前推進。
大氣分層概念圖
大氣電場存在于地球表面與高空電離層之間，約是地面到50km高空的距離范圍內(nèi)。在尋常的日子，平坦的曠野或海洋上，當(dāng)從地面垂直上升時，電勢將每米增加100V。而電場是一個矢量場，表示在空間中的每個點處受到電場作用的電荷所受到的力，可以將空間電場分為空間大氣電場和空間地面電場。
最早的大氣電場探測方法是電勢差法，它利用電場作用在金屬電極上的電荷間產(chǎn)生電勢差，并通過電壓計等設(shè)備進行測量。電勢計儀器的測量精度較低，但為后來的大氣電場探測技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。
電場線與等勢面分布關(guān)系
探空儀法是空間大氣電場探測的主流方法之一。該方法通過在探空儀上安裝電場傳感器，實現(xiàn)對大氣電場的連續(xù)測量。探空儀可以通過氣球或飛機等載體被懸掛或搭載到大氣層中，在運動中實現(xiàn)大氣電場的空間分布測量。
探空儀
雷達散射儀利用雷達波在大氣中的傳播特性，通過將雷達波束發(fā)射到大氣中，利用電離層中自由電子的存在，使得雷達波束在離散點上發(fā)生散射，并測量雷達回波信號的時間和功率等參數(shù)，從而反推出大氣電場的分布。
雷達散射截面積
對于空間地面電場的測量儀器主要是為大氣電場儀，大氣電場儀根據(jù)導(dǎo)體在電場中產(chǎn)生感應(yīng)電荷的原理,能夠長時間連續(xù)測量大氣電場的強度和極性,完整記錄地面電場的變化情況。
中科飛龍產(chǎn)品—MEMS大氣電場儀
現(xiàn)在
至今我們知道降水、云霧、大風(fēng)、雷電、地震等現(xiàn)象都會引起大氣電場的變化，因此在實際大氣電場研究中，常需將大氣電場與其他參數(shù)進行對比研究。可以應(yīng)用于自然災(zāi)害預(yù)警和監(jiān)測，在雷電預(yù)警方面，雷暴的來臨進行提前預(yù)報，在雷電來臨之前，采用適當(dāng)?shù)拇胧﹣肀Ｗo人身安全、財產(chǎn)安全、有效降低風(fēng)險。
我國至2022年已經(jīng)建設(shè)2421個國家級氣象觀測站，幾乎都有設(shè)立大氣電場探測點位。由國務(wù)院科教領(lǐng)導(dǎo)小組確立建設(shè)的子午工程，其中包含黑龍江漠河站、武漢九峰站、長春農(nóng)安站、成都郫縣站、廣東肇慶站5個臺站，對大氣電場進行數(shù)據(jù)采集并對其進行處理、存儲、管理，提供數(shù)據(jù)分發(fā)、共享等數(shù)據(jù)服務(wù)，若是感興趣可以進入
網(wǎng)址:https://data.meridianproject.ac.cn/data-directory/
查詢了解臺站從2010年起記錄儲存的大氣電場探測數(shù)據(jù)。
子午工程大氣電場儀所在各臺站的地理位置
子午工程數(shù)據(jù)中心網(wǎng)頁中大氣電場儀數(shù)據(jù)目錄
雖然目前已經(jīng)取得的進展為我們更深入地認(rèn)識和理解大氣電場的特性和變化規(guī)律提供了堅實的基礎(chǔ)。不過由于受多種因素的影響,如氣象條件、環(huán)境污染和人類活動等,難以對大氣電場的變化規(guī)律進行全面分析，以下例舉了一些大氣電場的研究存在的挑戰(zhàn)。
01
目前多數(shù)大氣電場觀測儀器是單站觀測，探測距離較小，只能對某一區(qū)域階段的雷暴云進行探測，對雷暴云整體情況無能為力。
02
大氣環(huán)境中存在著各種電磁輻射、地磁場和熱噪聲等干擾源，對大氣電場探測數(shù)據(jù)造成影響。
03
目前的大氣電場探測儀器對環(huán)境和信號的干擾具有一定的敏感性，導(dǎo)致測量結(jié)果存在一定的誤差。
04
數(shù)據(jù)的處理和分析需要采用一些高級的數(shù)學(xué)和物理方法，如逆問題求解、時頻分析等，這些方法的準(zhǔn)確性需要一定時間進行驗證。
在技術(shù)的發(fā)展過程中，標(biāo)準(zhǔn)的制定是基石也是保障，中科飛龍團隊經(jīng)過多年來的技術(shù)累積，已經(jīng)協(xié)同制定了MEMS電場傳感器通用技術(shù)條件的國家標(biāo)準(zhǔn)，國軍標(biāo)準(zhǔn)和5項企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，目前正在提出MEMS電場傳感器IEC國際標(biāo)準(zhǔn)提案論證報告。大氣電場探測技術(shù)在不斷發(fā)展和創(chuàng)新，未來還將面臨更多的挑戰(zhàn)和機遇，中科飛龍團隊將通過不斷完善和發(fā)展電場探測技術(shù)和軟件研發(fā)以及數(shù)據(jù)應(yīng)用方面的技術(shù)。
《MEMS電場傳感器通用技術(shù)條件》
（GB/T 35086—2018）
《電場傳感器通用規(guī)范》
（GJB）
《MEMS諧振電場敏感器件動態(tài)特性測試方法》
（IEC或ISO/IEC JTC1）
《電場傳感器專用標(biāo)定設(shè)備校準(zhǔn)方法》
（Q/KDZ 0001—2012）
《KDC-W01型探空電場傳感器組件詳細規(guī)范》
（Q/KDZ30065—2012）
More
未來
伴隨微電子器件和信息技術(shù)的廣泛應(yīng)用，大氣環(huán)境和氣候變化的日益嚴(yán)峻，氣象災(zāi)害對人類生活的影響愈加嚴(yán)重。而對于大氣電場探測還有許多未知的可能性正在等待被挖掘，未來，大氣電場探測的發(fā)展方向主要集中在以下幾個方面。
01
設(shè)備組網(wǎng)：電場儀聯(lián)網(wǎng)可以增強大氣電場儀的功能和擴大電場的監(jiān)測范圍，提高雷電的預(yù)警能力。能夠更加綜合了解雷暴云發(fā)展過程、電荷分布等許多方面。
02
多參數(shù)聯(lián)合探測：將多個參數(shù)的測量數(shù)據(jù)進行聯(lián)合分析，更加全面地研究大氣電學(xué)現(xiàn)象。未來可能會開發(fā)更多的多參數(shù)探測儀器，如同時測量大氣電場和大氣化學(xué)成分等的儀器。
03
高時空分辨率：隨著科技的發(fā)展，大氣電場探測儀器的時空分辨率不斷提高。未來可能會開發(fā)更高分辨率的探測儀器，以實現(xiàn)對大氣電場變化的更加精細的觀測和分析。
04
自動化監(jiān)測：未來可能會開發(fā)更穩(wěn)定的自動化探測系統(tǒng)，以實現(xiàn)對大氣電場的實時監(jiān)測和連續(xù)記錄，從而提高大電場研究的效率和精度。
05
數(shù)據(jù)處理與分析：隨著數(shù)據(jù)采集技術(shù)的不斷發(fā)展，大量的大氣電場數(shù)據(jù)被采集和記錄。未來需要更多的數(shù)據(jù)處理和分析方法，以實現(xiàn)對這些數(shù)據(jù)的高效利用和深入研究。
06
多學(xué)科交叉研究：未來的大氣電學(xué)研究需要更多的多學(xué)科交叉研究，如與氣象學(xué)、大氣化學(xué)、物理學(xué)等學(xué)科的交叉研究，以實現(xiàn)對大氣大氣電場更深入的理解和探索。
大氣，是地球擁有的最寶貴的禮物，地球的湛藍色澤不是得自海洋，而是染自天空。而對大氣電場探測的不僅具有廣泛的現(xiàn)實意義，更能夠拓寬人類的視野和認(rèn)知邊界，提高人類的自我認(rèn)知，推動整個人類社會向更加進步和發(fā)展的方向前進。
