國務(wù)院安委會《全國危險化學(xué)品安全風(fēng)險集中治理方案》（安委〔2021〕12號）以及應(yīng)急管理部《落實大型油氣儲存基地安全風(fēng)險管控措施工作方案》要求，大型油氣儲存基地等場所應(yīng)配備雷電預(yù)警系統(tǒng)?！独纂姺雷o(hù)雷暴預(yù)警系統(tǒng)》（GB/T 38121-2019）規(guī)定雷暴預(yù)警系統(tǒng)是含有雷暴探測儀的系統(tǒng)，該系統(tǒng)能監(jiān)控區(qū)域的雷暴活動，并能通過處理數(shù)據(jù)對特定目標(biāo)區(qū)域發(fā)出有效雷電警報（預(yù)警），雷暴預(yù)警系統(tǒng)也稱為雷電預(yù)警系統(tǒng)。
01
雷電預(yù)警系統(tǒng)組成
雷電預(yù)警系統(tǒng)由雷電探測模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和用戶端等部分組成。
1.雷電探測模塊：由大氣電場儀、閃電定位系統(tǒng)、多普勒雷達(dá)等一種或多種方式組成，其中大氣電場儀應(yīng)在大型油氣儲存基地本地裝設(shè)，閃電定位系統(tǒng)和多普勒雷達(dá)探測數(shù)據(jù)宜通過第三方獲取。目前常見的是在本地安裝大氣電場儀來開展雷電預(yù)警，符合該項指標(biāo)要求。
2.數(shù)據(jù)處理模塊：應(yīng)配置支持雷電探測數(shù)據(jù)的通信、接收、存儲、計算與應(yīng)用發(fā)布的硬件和軟件。數(shù)據(jù)的通信一般分為有線和無線傳輸，根據(jù)客戶要求均可實現(xiàn)。數(shù)據(jù)接收、存儲等需要一臺能夠正常運行的電腦即可。
3.用戶端：包括電腦端、移動端、數(shù)據(jù)接口服務(wù)等一種或多種不同類型。數(shù)據(jù)接收、存儲等需要一臺能夠正常運行的電腦、手機(jī)、平板等即可。若條件容許，可選擇純國產(chǎn)的設(shè)備。
02
雷電預(yù)警系統(tǒng)功能
雷電預(yù)警系統(tǒng)通過實時采集雷電相關(guān)信息，實現(xiàn)對大型油氣儲存基地及鄰近區(qū)域雷電活動的實時監(jiān)測、全面感知、臨近預(yù)警，基本功能如下：
1.雷電實時監(jiān)測，具備實時探測地面大氣電場等雷電特征參數(shù)功能。
2.雷電臨近預(yù)警，包括雷電預(yù)警級別、雷電預(yù)警時間、預(yù)警區(qū)域、預(yù)警解除等信息。
3.雷電歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計查詢，具備覆蓋區(qū)域內(nèi)雷電預(yù)警信息查詢、統(tǒng)計分析功能。
4.具備與全國?；凤L(fēng)險監(jiān)測預(yù)警平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)交互功能。
03
應(yīng)用注意事項
結(jié)合雷電預(yù)警系統(tǒng)功能、技術(shù)指標(biāo)、三級預(yù)警分級分別討論雷電預(yù)警系統(tǒng)在業(yè)務(wù)應(yīng)用和建設(shè)驗收時需注意的事項。
01
雷電預(yù)警系統(tǒng)功能部分
1.雷電實時監(jiān)測。也就是實時探測大氣電場等雷電特征參數(shù)。大氣電場儀是用于持續(xù)監(jiān)測與雷暴有關(guān)的電器靜電場的儀器（如場磨式大氣電場儀）。大氣電場參數(shù)可以由大氣電場儀完成。但雷電的其他信息，如地閃和云閃發(fā)生的時間、位置、雷電流強(qiáng)度、極性、陡度等信息無法探測。如果雷電實時監(jiān)測僅為大氣電場數(shù)據(jù)時，安裝單臺大氣電場儀的可以實現(xiàn)該目的。但雷電實時監(jiān)測要提供地閃、云閃等信息，單臺設(shè)備是無法完成的。
2.雷電臨近預(yù)警。《雷電臨近預(yù)警技術(shù)指南》（QX/T 262-2015）規(guī)定雷電臨近預(yù)警是對0-2小時內(nèi)的雷電活動的發(fā)生時間、區(qū)域及發(fā)生改了做出估計和警告。雷電臨近預(yù)警宜綜合利用閃電監(jiān)測、雷達(dá)、大氣電場、衛(wèi)星和其他資料（探空資料及數(shù)值模式產(chǎn)品）等不同類型的氣象資料。當(dāng)氣象數(shù)據(jù)資料獲取能力不足時，也可利用單一類型氣象資料。
3.雷電歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計查詢。要求供應(yīng)商提供的軟件能夠存儲雷電探測模塊探測到的數(shù)據(jù)。一般是要在為客戶安裝的客戶端本地電腦中進(jìn)行存儲，存儲方式使用文本、數(shù)據(jù)庫等均可以。以便于客戶查詢、統(tǒng)計數(shù)據(jù)。實際中存在數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程發(fā)送到中心站，由中心站提供實時推送，而在本地?zé)o數(shù)據(jù)存儲和不提供歷史數(shù)據(jù)查詢。還有將數(shù)據(jù)存儲在存儲卡，而存儲卡安裝在傳感器機(jī)箱中，數(shù)據(jù)也無備份功能，存在歷史數(shù)據(jù)無法查詢，數(shù)據(jù)易丟失的風(fēng)險。
4.具備與全國?；凤L(fēng)險監(jiān)測預(yù)警平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)交互功能。需要設(shè)備提供商在全國?；斤L(fēng)險監(jiān)測預(yù)警平臺完成建設(shè)后，將雷電預(yù)警系統(tǒng)進(jìn)行對接融合。需要在合同、或者口頭和確定后續(xù)服務(wù)，以免安裝完成后導(dǎo)致系統(tǒng)無法順利對接。
02
技術(shù)指標(biāo)
《大型油氣儲存基地雷電預(yù)警系統(tǒng)基本要求》指出雷電預(yù)警系統(tǒng)至少要滿足8點技術(shù)指標(biāo)。
1.雷電預(yù)警提前時間不低于10分鐘。
提前時間是警報開始與目標(biāo)區(qū)域首次發(fā)生雷電相關(guān)時間的時間間隔。基于大氣電場儀或者使用了閃電定位儀、雷達(dá)等觀測數(shù)據(jù)的雷電預(yù)警系統(tǒng)一般都能達(dá)到該項指標(biāo)。下圖所示為雷電預(yù)警相關(guān)的時間描述。滿足該項指標(biāo)需要設(shè)備供應(yīng)方提供以前的試驗報告或者安裝以后在實際運行過程中，設(shè)備供應(yīng)商服務(wù)計劃進(jìn)行試驗，從而調(diào)試設(shè)備參數(shù)，以實現(xiàn)該指標(biāo)。
2.雷電平均有效報警率不低于80%。
通過評估雷暴預(yù)預(yù)警系統(tǒng)的運行情況，可以優(yōu)化其參數(shù)，從而提升系統(tǒng)的質(zhì)量和可靠性，系統(tǒng)發(fā)出的警報可更好的滿足終端用戶需求。相關(guān)的表征參數(shù)有虛報率、漏報率、有效報警率。警報是目標(biāo)區(qū)域或目標(biāo)周邊區(qū)域可能遭受雷暴和伴隨的雷電相關(guān)時間影響的信息。有效警報是在警報持續(xù)期，目標(biāo)周邊區(qū)域內(nèi)有雷電相關(guān)時間發(fā)生的警報。有效警報率就是有效警報次數(shù)和影響周彪?yún)^(qū)域雷電相關(guān)時間總數(shù)的比例。
僅有大氣電場儀的雷電預(yù)警系統(tǒng)無法單單使用大氣電場數(shù)據(jù)來統(tǒng)計該項指標(biāo)，需要使用能夠直接觀測到閃電的資料，如閃電定位儀、衛(wèi)星云圖等直接觀測到閃電的數(shù)據(jù)予以支撐。因此在安裝配備應(yīng)用時需要設(shè)備提供方提供能夠達(dá)到該項指標(biāo)的試驗數(shù)據(jù)。同時不同廠家的大氣電場儀在對統(tǒng)一大氣電場觀測時也具有較大差異，另外不同的環(huán)境也會對大氣電場造成影響。一般情況下晴天大氣電場為120V/m。海洋上面晴天大氣電場約為130V/m。工業(yè)區(qū)大氣電場高達(dá)360V/m。因此大氣電場儀的安裝應(yīng)使用其他資料，在以更好服務(wù)的目的下，使用當(dāng)?shù)赜^測數(shù)據(jù)對有效警報等重要參數(shù)進(jìn)行從而優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)置，以實現(xiàn)雷電預(yù)警系統(tǒng)配備應(yīng)用的目的。
滿足該項指標(biāo)需要設(shè)備供應(yīng)方提供以前的試驗報告或者安裝以后在實際運行過程中，設(shè)備供應(yīng)商服務(wù)計劃進(jìn)行試驗，從而調(diào)試設(shè)備參數(shù)，以實現(xiàn)該指標(biāo)。
3.探測半徑不小于10千米。
在氣象觀測中，希望安裝的觀測設(shè)備測量時滿足三性要求：代表性、準(zhǔn)確性、可比較性。對于大氣電場儀來說,一般是觀測設(shè)備垂直天頂?shù)拇髿怆妶鰪?qiáng)度變化,通常認(rèn)為能夠代表周邊半徑為10km范圍的大氣電場強(qiáng)度。對于閃電定位儀來說，單站能都探測的半徑為一般為200km，多站組網(wǎng)以后探測半徑遠(yuǎn)大于10km。雷達(dá)、衛(wèi)星探測的覆蓋面積將更大。
4.大氣電場探測精度優(yōu)于±5%。
探測精度是從另一角度評價測量誤差大小的量，它與誤差大小相對應(yīng)，即誤差大，精度低；誤差小，精度高。該指標(biāo)也就是表征大地電場儀是否能夠準(zhǔn)確監(jiān)測大氣電場的指標(biāo)。大氣電場儀在出廠或者定型時需要做標(biāo)定試驗，大氣電場儀的標(biāo)定一般是用上下兩塊平行的金屬板上加已知恒定的電場，然后用大氣電場儀進(jìn)行測試，以判斷是否能夠準(zhǔn)確的測量出電場數(shù)據(jù)。目前常見的是上海交通大學(xué)高電壓檢測中心（上海市高壓電器產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗站）出具的檢驗報告，用來證明設(shè)備是否符合要求。需要提供設(shè)備的檢驗報告以說明滿足該指標(biāo)。
5.具備三級雷電預(yù)警功能。
雷電氣象災(zāi)害預(yù)警信號分別有三種，相應(yīng)為黃色、橙色、紅色。《大型油氣儲存基地雷電預(yù)警系統(tǒng)基本要求》對三級預(yù)警的要求和氣象部門的表述不一樣。總體來說基本要求中是按照閃電發(fā)生與目標(biāo)區(qū)域之間的距離作為預(yù)警的指標(biāo)，而氣象部門是以目標(biāo)區(qū)域發(fā)生雷電的距離時間作為指標(biāo)，下圖為氣象部門雷電三級預(yù)警的標(biāo)準(zhǔn)和防御指南。
6.雷電預(yù)警歷史數(shù)據(jù)儲存時間不低于3年。
基本功能中雷電實時監(jiān)測中提出，雷電監(jiān)測數(shù)據(jù)應(yīng)包括實時探測地面大氣電場數(shù)據(jù)和雷電預(yù)警數(shù)據(jù)。因此基于大氣電場儀的雷電預(yù)警系統(tǒng)需要具有大氣電場數(shù)據(jù)和雷電預(yù)警數(shù)據(jù)的存儲、查詢和統(tǒng)計分析功能。數(shù)據(jù)存儲時間不低于3年，一是對數(shù)據(jù)存著媒介空間大小提出了要求，二是對系統(tǒng)運行管理提出了要求，從而保證相關(guān)數(shù)據(jù)能都存儲三年以上。
7.現(xiàn)場安裝的雷電探測模塊應(yīng)滿足大型油氣儲存基地電氣防爆要求，防護(hù)等級不低于IP65。
現(xiàn)場安裝的雷電探測模板應(yīng)滿足防爆要求?？赡馨l(fā)生爆炸的環(huán)境。（如：可燃性氣體，粉塵環(huán)境，煉油、石化廠，加油站、加氣站等） ， 爆炸性氣體環(huán)境 大氣條件下，氣體、蒸汽或霧狀的可燃物質(zhì)與空氣構(gòu)成的混合物，在該混合物中點燃后，燃燒將傳遍整個未燃混合物的環(huán)境。防爆設(shè)備是在規(guī)定條件下不會引起周圍爆炸性環(huán)境點燃的電氣設(shè)備。滿足該項條件要求需要正規(guī)檢測機(jī)構(gòu)出具的對應(yīng)型號的設(shè)備防爆鑒定證書。
IP防護(hù)等級由兩個數(shù)字組成，第一個數(shù)字表示電器防塵、防止外物侵入的等級，第二個數(shù)字表示電器防濕氣、防水浸入的密閉程度。IP防護(hù)等級的數(shù)字是用來明確防護(hù)的等級的，數(shù)字越大表示其防護(hù)等級越高。IP65防護(hù)等級是完全防止外物及灰塵侵入，也可以防止噴射的水浸入（任何角度低壓噴射無影響）。滿足該項要求需要正規(guī)檢測機(jī)構(gòu)出具的對應(yīng)型號的設(shè)備監(jiān)測證書或者檢測報告。
8.雷電探測模塊壽命不小于3年。
要求雷電預(yù)警系統(tǒng)中的探測模塊至少要能正常運行3年以上。
03
三級預(yù)警
雷電預(yù)警信息分為三級：
1.一級預(yù)警：可能有雷電活動，覆蓋區(qū)域的大氣電場正在增強(qiáng)，電場出現(xiàn)波動，地閃回?fù)酎c發(fā)生位置位于距大型油氣儲存基地10千米以外的臨近區(qū)域，有造成雷擊事故的可能。
2.二級預(yù)警：雷電發(fā)生的可能性較大，覆蓋區(qū)域的大氣電場快速增強(qiáng)，電場變化波動加劇，地閃回?fù)酎c發(fā)生位置距大型油氣儲存基地5-10千米，造成雷擊事故的可能增加。
3.三級預(yù)警：即將發(fā)生雷電，覆蓋區(qū)域的大氣電場劇烈波動，地閃回?fù)酎c發(fā)生位置距大型油氣儲存基地0-5千米，造成雷擊事故的可能性大。
前面提高該三級預(yù)警指標(biāo)和氣象部門的描述不一樣。該指標(biāo)是基于地閃回?fù)酎c發(fā)生位置距離大型油儲基地。個人理解還是存在一定的矛盾，在系統(tǒng)構(gòu)成雷電探測模塊構(gòu)成是由大氣電場儀、閃電定位系統(tǒng)、多普勒雷達(dá)等一種或多種方式組成。也就是說在本站僅安裝大氣電場儀即可滿足要求，但是對于雷電預(yù)警指標(biāo)中提出的要有地閃回?fù)酎c發(fā)生位置信息，該信息通常是通過閃電定位監(jiān)測系統(tǒng)獲取，而大氣電場儀不具備該功能。因此要實現(xiàn)該指標(biāo)的雷電三級預(yù)警功能，至少應(yīng)在大氣電場儀的基礎(chǔ)上疊加閃電定位監(jiān)測數(shù)據(jù)。
04
結(jié)論
1.意義重大。雷電預(yù)警系統(tǒng)的配備應(yīng)用對大型油儲基地的安全運行具有重要作用。2022年4月28日國務(wù)院印發(fā)的《氣象高質(zhì)量發(fā)展綱要（2022—2035年）》災(zāi)筑牢氣象防災(zāi)減災(zāi)第一道防線種提出要提高氣象災(zāi)害監(jiān)測預(yù)報預(yù)警能力。堅持人民至上、生命至上，健全分災(zāi)種、分重點行業(yè)氣象災(zāi)害監(jiān)測預(yù)報預(yù)警體系。 針對雷電災(zāi)害，面向?；袠I(yè)建設(shè)雷電預(yù)警系統(tǒng)和開展預(yù)警服務(wù)具有重要意義。
2.服務(wù)能力。基于大氣電場儀的雷電預(yù)警系統(tǒng)的配備應(yīng)用對設(shè)備供應(yīng)方、大型油儲基地、氣象部門服務(wù)能力提出了綜合要求。大氣電場儀安裝以后至少半年內(nèi)，要結(jié)合實地大氣電場、閃電定位等觀測數(shù)據(jù)對設(shè)備進(jìn)行調(diào)試，以實現(xiàn)雷電預(yù)警的目的，提高探測準(zhǔn)確率，降低虛報率、漏報率。也可打消部分人員認(rèn)為該設(shè)備預(yù)警不準(zhǔn)，對實際工作無指導(dǎo)意義的意識。
雷電預(yù)警系統(tǒng)配備應(yīng)用不僅僅是單純的安裝大氣電場儀，設(shè)置一個預(yù)警閾值，保證正常運行即可。而是一個復(fù)雜、專業(yè)、長久性綜合氣象服務(wù)工作。復(fù)雜是雷電天氣現(xiàn)象一般為強(qiáng)對流陣性天氣，對探測、分析、預(yù)測、預(yù)報等技術(shù)要求很高。專業(yè)是雷電屬于眾多天氣現(xiàn)象中的一種，需要專業(yè)的人從事專業(yè)的事。長久性是設(shè)備安裝完以后，需要結(jié)合實際監(jiān)測數(shù)據(jù)不斷優(yōu)化和調(diào)整，才能實現(xiàn)雷電預(yù)警的最終目的。
