第八章 雷电的防御保障体系
主 笔：郄秀书、马启明、张义军
撰稿人：言穆弘、董万胜、陈成品、孟青
主要贡献者：周筠珺、袁铁
联系人：郭志武、胡 欣
8．1 引言 (郄秀书)
8．1．1雷电灾害（董万胜）
雷电灾害被联合国有关部门列为“最严重的十种自然灾害之一”，被中国国防电工委员会称为“电子时代的一大公害”。
每年北京都会发生许多雷电灾害，据不完全统计，2003年北京发生雷电灾害五十多起，损坏最多的是计算机网络、通讯系统、监测监控系统、家用电器、电话等，占雷电灾害总数的九成二左右。新建的雷电监测系统可以准确监测雷击火点，及时报告林区火灾，并为事后查找起火原因提供了科学依据。2002年7月28日，内蒙古大兴安岭北部原始林区因雷击引发建国以来最为严重的雷击森林火灾，火灾涉及19个火场，过火面积达4万公顷。近16,000名林业职工和官兵在4架直升飞机、2架运五飞机和1架人工增雨飞机的协助下，经过23个昼夜才将大火扑灭，仅扑火费用就高达近1亿元。此次雷击引发的森林大火，受到全国人民和党中央、国务院的高度关注和重视。
随着我国经济的高速发展和信息网络技术在各个领域的广泛应用，防御雷电灾害问题，已引起了各级政府和社会各界的高度关注。据粗略统计，我国每年因雷电事故造成的经济损失高达上百亿元人民币，每年因雷击造成的人员伤亡达数千人之多。防御雷电灾害已涉及到各行各业，特别对通讯、建筑、计算机网络、信息处理系统、电力、国防、石化、交通、航空、电气、消防、化工等领域，更是攸关重要。
据美国的保守估计，主要由于雷电冲击导致计算机网络系统失效或损坏，平均每年约占全部故障的70％。在德国各种灾害造成的损害中，感应雷击造成的损害高居榜首，占全部灾害损失的33.8％。奥地利某地区1960-1992年间雷击保险理赔件数统计：33年中直接雷击事故每年都约100起左右，而电子设备的损坏却由1960年的931起上升到1992年的23768起！我国近年也雷害事故频繁、激增，据一些省市统计，因雷害作用，电子设备的直接损失约占雷电灾害总损失的80％，造成了巨大的直接经济损失和无法估量的间接经济损失与社会影响。多年来，国内外有关航空航天飞行器、微波站、调度通信站、气象中心、计算中心、广播电视系统等遭受雷电等冲击干扰而失效、损坏的事例屡见不鲜，造成巨大的损失。因此，加强和改进电子系统（设备）的防护，减小其造成的直接损失和间接损失（有时这可能更大更严重！），已成为当务之急。
据不完全统计，我国每年因雷击造成人员伤亡达3000～4000人，财产损失在50到100亿元人民币。近年来，随着社会经济发展和现代化水平的提高，特别是信息技术的快速发展，城市高层建筑物的日益增多，雷电灾害的危害程度和造成的经济损失及社会影响也越来越大。例如，1998年仅广东省就发生雷击事故1465宗，起火爆炸20起，死亡104人，伤129人，直接经济损失达2亿元。1998年6月29日，保定的河北邮电器材机械厂院内三油罐因雷击引起爆炸，顿时三间油库化为灰烬。1999年4月19日，秦青线3.5万伏高压线杜庄段遭雷击，高压线落在通讯电缆上，造成杜庄电信支局大部分设备损坏，致使通讯中断一星期，直接损失40多万元……
我国幅员广大，雷灾严重情况不一，尤其是南方沿海省份较为严重，其中最著名的是在广东省的雷州半岛雷州市。该地人士对雷电造成的破坏习以为常，例如气象局发出雷电警报时，拨掉有线电视接线或使调制解调器暂时不工作，尤为常见，否则就会造成严重的设备损坏，该情况一直没有良好改善。
8．1．2雷电灾害与经济建设（董万胜）
自然灾害中，雷击引起的灾害算得上是最为严重的一种。这不仅因为雷电发生频率高，且年年重复发生。据有关研究统计，在地球上任一时刻平均有2000多个雷暴在进行着，平均每秒有100次闪电。每个闪电强度可高达10亿伏，足见其能量之大，产生的危害可想而知。
雷电是发生在大气层中的一种气象现象，雷电灾害自古有之。200多年前，富兰克林发明避雷针以后，建筑物等设施已得到了一定的保护，人们认为可以防止雷害，对防雷问题有所松懈。但是随着近代高科技的发展，尤其是微电子技术的高速发展，雷电灾害越来越频繁，损失越来越大，原先的避雷针已无法保护建筑物、人和电器设备。握着电话话筒而受雷击致死的人时有所闻，原先许多从来不发生雷电灾害的行业和部门也频频受害。这些雷害是人们意料不到的。现今全球平均每年因雷电灾害造成的直接经济损失就超过10亿美元，死亡人数在三千人以上。根据气象部门和劳动部门估算，我国每年雷击伤亡人数均超过1万，其中死亡3000多人。例如1989年，我国青岛市黄岛油库于８月1２日遭雷击失火，燃烧104小时才勉强扑灭。伤亡人员近百名，烧毁原油3.6万吨，整个油库毁坏殆尽，变成一片废墟。如某数据中心，集全体技术人员历时三年的研究成果和宝贵数据也因一次雷灾而化为乌有。造成的间接损失无法估算。类似的案例不胜枚举。80年代以后，雷灾出现新的特点,这主要是因为一些高大建筑的兴起,如高层智能大厦，微波站、天线塔等都会吸引落雷，从而使本身所在建筑及附近建筑遭到破坏。增设的各种架空长导线反倒引雷入室，使避雷装置失去作用。另外，随着微电子技术高度发展及广泛应用到各个领域，使雷害对象也发生了转移，从对建筑物本身的损害转移到对室内的电器、电子设备的损害，以至发生人身伤亡事故。随之防雷对象也由强电转移到弱电。雷电产生的电磁感应已成为主要危害。
雷电灾害的严重性首先表现在它具有巨大的破坏性上，它的产生是目前人类无法控制和阻止的，其特点是雷电放电电压高，电流幅值大，变化快，放电时间短，电流波形陡度大。雷电的破坏作用在于强大的电流、炽热的高温、猛烈的冲击波、剧变的电磁场，以及强烈的电磁辐射等物理效应，给人类社会带来极大的危害，造成人员伤亡、巨大破坏、起火爆炸、严重损失。雷电灾害波及面广，涉及人类社会活动、农业、林业、牧业、建筑、电力、通信、航空航天、交通运输、石油化工、金融证券等各行各业，几乎无所不及。随着高科技的发展，雷电灾害显得越来越严重。
雷灾的严重性更表现在，雷电通过多种渠道侵害地面物。除直接雷击外，还有雷电的静电感应作用，闪电放电时的电磁感应作用；闪电放电时产生的强烈电磁脉冲；雷电反击以及雷电过电压波可能沿各种架空线、无线电天线、天线馈线、电缆外皮和金属管线等传入仪器设备，酿成祸患。
8．1．3雷电灾害与国家安全 (郄秀书)
雷电是联合国确定的全球最严重的十种自然灾害之一。全球每年因雷击造成的人员伤亡、财产损失不计其数，导致火灾、爆炸、信息系统瘫痪等事故频繁发生，从卫星、通信、导航、计算机网络乃至每个家庭的用电设备都会受到雷电灾害的严重威胁。特别是随着高层建筑物的不断增多、智能大厦的广泛使用以及社会对信息网络依赖程度的提高，同等强度的雷电灾害对社会造成的损失越来越大。雷电不仅在航空、航天、国防、电力、通讯、邮电、化工、石油、建筑等领域造成严重的经济损失，对我国的经济建设产生严重影响，同时也对国家安全构成严重威胁，因此加强雷电研究对于国家安全和国防建设有重要的意义。
l 雷电与信息安全
信息技术在现代社会发挥着越来越重要的地位。信息技术的核心是微电子技术、通信技术、计算机技术和网络技术。近年来,随着电子技术的高速发展，各行各业对计算机信息系统的依赖程度越来越高，大量有关国家安全、国防军工、国民经济建设的重要数据信息迅速集中于计算机系统，计算机系统已经成为信息资源的重要载体和储存库，但是，雷电电磁辐射干扰对计算机系统的稳定性，可靠性和安全性有着直接影响。电磁辐射对计算机系统及其数据住处所产生的干扰、破坏、窃取与篡改的危险性与日剧增，成为严重的社会化问题。雷电对其的电磁辐射干扰所造成的信息失密，结果不仅使计算机受损，造成严重的经济损失，更重要的是其所造成的间接影响和由此引起的安全问题。雷电侵入计算机，主要是通过电网之供电电源。例如：广州区域气象中心业务系统 94年5月曾被雷击，计算机网络、气象雷达、卫星接受系统电子设备损坏，这此设备固然价格昂贵，更严重的后果是使气象预报工作陷于中断。再比如，成都铁路局计算中心曾遭雷击损坏一台主机与5台终端机，严重地影响了铁路运输秩序。
l 雷电与航天发射
航空航天是汇集了人类最新高科技的尖端领域，防雷技术在其中虽然并不突出，但却是不可忽视的重要环节，液氢燃料的加注过程、火箭的发射升空都不能在有雷电的情况下执行。雷电除对航天飞行器、发射塔等造成直接破坏外，还可引爆火箭的点火装置，使火箭自行升空，或使发射过程中的火箭爆炸，因此火箭上的主要电子仪器必须有极强的抗雷电辐射和静电干扰的能力。一方面发射场高耸的发射架和竖立在发射台上的运载火箭都是良好的尖端放电物，极易遭受雷击；另一方面航天器发射后，会迅速改变周围环境的电场分布，使电场强度猛增，严重时会引起诱发雷电；火箭发射升空的过程中，起电的云层甚至没有明显自然闪电的云也可能袭击飞行中的航天飞行器。闪电一旦集中航天飞行器，将造成的巨大的经济损失，而由此产生的间接经济损失和社会影响更是不可估量的。1987年3月26日美国国家航天局（NASA）利用大力神/半人马座火箭从美国卡纳维拉尔角基地发射海军通信卫星时曾遭受雷击而使发射失败，当时火箭发射约1分钟后受雷电干扰突然失控，浪涌电压破坏了制导控制计算机，导致星箭俱毁，损失高达1.7亿美元。1987年6月9日美国航天局在瓦罗普斯发射场实施航天发射前，一阵暴风雨突然降临，3枚火箭被雷电击中，雷电触发火箭自行点火启动，结果两枚火箭升空后在预定轨道上仅飞行了4公里，另一枚飞出100米左右坠入大西洋，导致发射彻底失败。我国由于目前航天发射任务不多，采用100%避开雷雨天气的几率高，因此由雷电引起的航天发射事故极少，但是随着航天事业的发展和发射任务的增多，航天发射的雷电安全保障问题将显得越来越重要。
l 雷电与军事安全
当前，各国军队改进装备的重点越来越多地放在利用信息技术提高队伍的快速响应能力、战场及战略情报的收集能力、后勤补给能力，以及利用信息技术改进武器的精度、机动性等方面。可以说现代战争是全面信息化基础上的战争，海湾战争充分显示了信息技术的重要作用，被人们比喻为“硅片上的战争”。雷电对信息时代的军事行动和电子装备，如雷达、电台、导弹、飞机等兵器都有严重破坏和干扰，因此对现代战争有重要影响。雷电产生的强大辐射场，可使一切以微电子器件、计算机技术为基础的信息传输、通信、指挥等系统内部敏感的电气和电子线路中产生致命的电压和电流，可以改变电子线路某些元件的工作状态，造成电路功能紊乱、传输的信号产生误码和错乱，甚至使整个网络失去控制。因此现代战争中，雷电的破坏作用是不容忽视的。
l 雷电与交通安全
雷电对交通运输安全构成严重威胁，全球每年因雷击而造成的与航空、铁路、高速公路等运输安全有关的事故屡见不鲜。雷电可以直击交通工具产生直接破坏，这对飞机的飞行安全最为严重，仅美国每年平均就有55架次的各类飞机遭雷电击中。铁路、高速公路的特点是面广、线长，既有强电设备，又有大量的监控、通信、传感等弱电设备，外场设备遍布全路段，旷野区域往往有突出的设备点，电力线路往往要翻山越岭，传输和控制线路往往经常穿越复杂的地质层面，这些都是易遭雷击或雷电感应的薄弱点。雷击事故轻者使部分设备被击坏，系统丧失部分功能；重者则使全系统瘫痪，经济损失惨重；更有甚者，因系统频繁遭受雷电侵扰，系统不能正常运行，全部系统功能尽失，给交通安全带来极大隐患。我国大部分地区属雷电多发区，因此加强交通运输行业的雷电防护有重要的实际意义。
l 雷电与安全生产
雷电对我们国家许多部门的安全生产有严重威胁。我国大部分地区属雷电多发区，雷电既是威胁一些高科技领域的重要灾害，也是对化工、石油、矿山开采、高层建筑、加油站、输电线、森林等易燃易爆场所安全生产的主要因素之一。1989年雷击引起的黄岛油库特大火灾，造成直接经济损失3400多万元，死伤140多人。大兴安岭北部林区几乎每年都有森林火灾发生，给生态环境和经济发展造成重大损失，这些森林火灾大多是由雷电引发的。2002年7月28日内蒙古大兴安岭北部原始林区因雷击引发建国以来最为严重的雷击森林火灾，火灾涉及19个火场，过火面积达4万公顷。近16,000名林业职工和官兵在4架直升飞机、2架运五飞机和1架人工增雨飞机的协助下，经过23个昼夜才将大火扑灭，仅扑火费用就高达近1亿元。此次雷击引发的森林大火，受到全国人民和党中央、国务院的高度关注和重视。1977年7月13日：雷电击中电线，导致纽约九百万人断电二十五小时。随后发生的趁火打劫导致1700多家店铺遭抢劫或破坏，370多人被捕，财产损失高达1.5亿美元。2003年14日，包括纽约在内的美国东北部和加拿大部分地区的突然发生大面积停电事故，也是由纽约一个电厂遭雷击起火，导致一个主要电网供电中断所引起，停电事故造成数百万纽约市民“无家可归”，纽约的许多商店关闭，全球游客的旅行计划搁浅。因此雷电灾害的防护不仅与经济建设紧密相关，更是关系到确保工农业生产和人民生命财产安全，维护社会稳定的大事。
8．1．4研究动态 (郄秀书)
由于闪电发生的随机性和瞬时性以及危险性，不能对其采用常规方法进行研究，因此导致了对雷电的认识和理解进展比较缓慢，目前尚属于资料积累阶段，仍有很多问题需要进一步的观测研究。
l 国外动态
纵观国际雷电研究趋势，二十世纪八十年代以来出现了三大特点。首先雷电研究本身受到两个因素的驱动，一是高新技术发展对雷电防护提出了越来越高的要求，二是GPS技术和高速大容量数采技术的发展，使得有可能对微秒、亚微秒的雷电过程进行研究。雷电研究的第二个特点是重视与其它学科的交叉，比如在与大气化学的交叉方面正进行雷电产生的N0x及转化的测量和模式计算；在与气候变化的交叉方面发现了全球闪电、电离层电位是地面增温的敏感指示器；在灾害性天气的监测预警方面，发现闪电可比雷达提前指示强对流发展，闪电频数可用于对对流性降水量的估测等。雷电物理研究的第三个特点是重视将研究成果与实际应用的结合，比如美国每年组织法国、瑞典等近十个国家的科学家在Florida国际雷电研究基地进行人工引雷实验，除对雷电物理和雷击机理进行研究外，还对不同类型的防雷设备进行检验、对高压线及特种设备（如：模拟的航天发射器燃料盒、仪器盒等）进行雷击实验，以增加其运行的安全性。日本每年在北陆地区对冬季雷暴进行人工引雷实验，主要目的是搞清造成严重灾害的正极性雷电的放电机理，并提出有效的防护措施。
l 国内动态
和国外比较起来，我国雷电研究虽然起步较晚，缺乏先进的技术手段和设备，但80年代以来也有了很大进展。中国科学院寒区旱区环境与工程研究所在雷暴云电结构、雷电电磁辐射、人工引发雷电技术及其应用等方面进行了深入的研究，取得了一系列重要成果，并在国际上具有一定的特色和地位。我国是世界上掌握人工触发闪电技术的四个国家之一，已在我国南、北方不同地区成功触发了近50次闪电，试验不仅获取了一批闪电电流、光、电、磁等参量的综合测量资料，并进行了流光激发、传播以及回击过程模式等方面的研究。中国科技大学、中国气象科学研究院等也一直在进行着相关的研究工作，并取得了重要成果；中国科学院空间中心等几个单位相继开展了雷电定位系统的研制工作，并在我国的雷达监测中发挥了重要作用。但由于我国地域辽阔，雷暴和雷电现象复杂且与地域特征密切相关，而雷电研究又起步较晚，特别是现代防雷技术正处于发展时期，因此，许多科学和技术问题还有待进一步解决。特别是在雷电防护方面，在我国市场上，先后出现了多种形形色色的所谓消雷及避雷装置，但实践表明，这些装置并不能起到完全的消雷、避雷作用。因而研究雷害机理，以科学指导雷电的防护是摆在我们国家的重要问题之一。
8．2 雷电机理与成灾机制 (张义军)
8．2．1雷电机理 (张义军)
l 雷电的基本物理过程
雷电是在雷暴天气条件下发生于大气中的一种长距离放电现象，具有大电流、高电压、强电磁辐射等特征。雷电主要有发生于云内不同电荷区之间的云闪、发生于雷暴和地面之间的地闪以及发生于雷暴之间不同极性电荷区的云间闪电。云闪一般占总闪电的三分之二，而云间闪电发生的几率较低，地闪对人类危害最大。
地闪根据所中和的云中电荷极性可分为正地闪和负地闪，一般情况负地闪约占总地闪的90%。地闪过程一般持续时间为几百毫秒到1秒钟不等，主要包括梯级先导或直窜先导以及一次或几次回击过程，有时回击之后常伴随有连续电流过程，回击之间的时间间隔一般为几十毫秒。一次闪电放电可以辐射频带很宽的电磁波，从几Hz到上百个GHz。
负地闪过程将云内的负电荷输送入地，一次负地闪过程通常可中和几十库仑的云中电荷，它以持续时间为几毫秒到几百毫秒的云内预击穿过程开始，之后是从云到地以间歇性突跳式行进的梯级先导过程，梯级先导过程在几十毫秒内向下输送大于10C以上的负极性云电荷，先导电流平均为300A。当梯级先导头部接近地面时，在地面的自然尖端或高大建筑物等突出物体上将诱发一个或几个上行先导，由此产生连接过程。当下行先导头部与上行先导接触时，随即发生首次回击过程。回击上行的速度约为光速的三分之一，峰值电流平均约为30kA，上升时间约为几微秒。首次回击结束后，放电过程如果停止，则称为单闪击闪电，如果在较短的时间内发生以直窜先导或直窜—梯级先导引导的继后回击，则为多闪击闪电。
正地闪的放电过程与负地闪类似，都由云内的预击穿过程开始，之后是从云到地的先导和回击过程。但正地闪回击次数一般较少，通常只有一次回击。雷暴中以中和负极性电荷的负地闪为主，但在雷暴的消散阶段、中尺度对流系统的层流区、产生冰雹、龙卷等灾害性天气过程的超级风暴中都时常出现大量的正地闪，更重要的是正地闪的发生发展具有其独特性。观测结果显示正地闪的最大回击电流有时可达300kA，中和的电荷量达几百库仑，连续电流的幅值比负地闪大一个量级，其回击的上升时间较负地闪回击要稍长。由于正地闪具有中和电荷量多和回击电流大，并常常带有持续时间较长的连续电流而常常引起诸如森林火灾、油库爆炸等更为严重的雷电事故。不同地区正地闪占全部地闪的比例有较大差别，从0-100%不等。比例最高的是日本的冬季雷暴，最高可达100%，通常在40-90%之间。一般来讲，虽然在夏季雷暴中正地闪较为罕见，但是其发生的比例会随着纬度的增加和地面海拔高度的增加而增加。随着海拔高度的增加，正地闪发生的比例也增加，在海平面上比例约为3%，在海拔高度为2-4km的地方，则为30%。这个比例的大小很可能与雷暴的电荷结构有关，但目前还没有明确的结论，仍是一个非常值得研究的问题。
云闪是最经常发生的一种闪电放电事件，云闪持续时间与地闪类似，平均为半秒钟。一个典型的云闪放电过程可以传播5-10km的距离，中和电荷几十库仑。云闪放电一般开始于连续传播的流光，当流光遇到极性相反的电荷源时，便引发类似于地闪回击的放电过程称为反冲流光，与此相伴的电场叫做K-变化，对应于小而快速的电场变化。一般将云闪分为初始、活跃和结束三个阶段，约占云闪整个持续时间一半时间的初始和活跃阶段与通道垂直延伸有关。最近利用先进的三维雷电观测系统LMA发现在具有三极性电荷结构的雷暴云中，云内放电不仅发生于上部正电荷区与中部主负电荷区之间，还存在着反极性放电过程。它起始于中部负电荷区，向下传输到下部正电荷区后水平发展。除极性相反外，其特性与发生在上部正电荷区与中部主负电荷区的闪电一致，进一步证实雷暴下部正电荷区的存在并且参与放电过程。云闪由于发生在云内，受云体的遮挡，对其进行直接的观测较困难，同时由于对地面的影响相对较弱，从而没有引起人们足够的重视。但随着雷电探测技术的提高，特别是微电子技术的广泛采用，云闪产生的电磁脉冲对电子设备的影响越来越严重，人们也越来越关注云闪放电特性。尤其是反极性云闪的发现，由于它发生的位置较低，对地面物的影响更大，但其发生发展机制的研究才刚刚开始，这将进一步促进人们对云闪过程的研究。
雷电物理过程的研究仍将是今后相当长一段时间内的主要任务，特别是雷电不同放电过程的超高频电磁辐射特征、放电的发展和演化过程、放电所伴随的电、光、声效应，以及不同地区雷电放电过程的异同等，这些问题的揭示，将对有针对性地开展科学的雷电防护、减少雷电灾害起到重要的指导作用。
l 地闪的连接过程
地闪的连接过程是指在地闪过程中当下行先导的一个分叉与由地面或地面上的突出物上激发的向上迎面先导中的一个的连接过程。随着下行先导逐渐接近地面，在先导头部电荷的作用下，地面附近的电场被增强，地面上将被激发产生一个或多个向上的连接先导，当两个先导连接后产生回击过程。最近的研究提出向下和向上两个先导前端延伸中的等离子通道的连接过程是下行先导的最后一跳。当这两个传输中的先导前端导电率相对较低的流光区相遇并形成一个公共流光区时，这个最后一跳开始发生。随后两个具有相对较高导电率的等离子体通道在公共流光区相向的加速延伸，当它们相遇之后从相遇点（连接点）开始有两个回击波分别向上和向下传播，向下的回击波很快到达地面，并从地面产生一个向上的反射波，且可能赶上从连接点向上传播的另一个回击波。因为从地面向上的反射波是在具有回击条件的通道中传播，而从连接点向上的回击波是在具有先导条件的通道中传播，两者的速度有一定的差异，反射波的速度更快。当反射波赶上从连接点向上的回击波之后，两个波合二为一，形成一个波向上传播。但短时间双向发展的回击波应归于连接过程还是回击过程，仍是一个需要详细研究的问题，这对雷电防护理论研究以及防雷设计具有重要的指导意义。
当向上连接先导从地面物上激发产生之时，下行先导距这一物体的距离被称为闪击距离，这是雷电防护设计中的一个重要参量。尽管目前针对连接过程提出了许多理论，具有时间分辨率的光学观测和静止照相都不断证实首次和继后回击之前上行先导的存在，但对这一过程的认识仍不很清楚，是地闪发生发展过程中人们认识最少、相关文献也最少的方面之一。光学观测给出的闪击距离一般在十到几百米的范围。连接过程不仅在首次回击中发生而且也发生在继后回击中。首次回击的连接过程发生在空气中，而继后回击的连接过程通常发生在先前电离了的通道中。由于梯级先导相对于地面具有较大的电势，首次回击的连接过程比继后回击的连接过程更明显。在首次回击中一个从地面激发的向上连接先导传输的距离一般是几十米，而如果从地面上的高建筑物上激发，上行先导可传输几百米或更长。但在继后回击中，相对向下的直窜先导的向上连接先导的传输距离在10米的量级或更小。
因为连接过程与雷击的物理机制直接相关联，通常认为在上行连接先导从被击物体上激发出来的瞬间闪击目标被确定。从物理学的观点来看，当向下的梯级先导距地面一定高度时，先导电荷与地面或地面上导电物体上感应的相反极性电荷共同产生强电场，当电场增强到击穿电场强度的时候，在地面或地面物的尖端激发产生上行先导，因此闪击距离的确定和大小与这两个先导的特性密切相关。很多闪击距离的计算都假定了先导电荷密度的分布，最早假定先导电荷沿先导通道均匀分布，随后通过观测推测先导电荷呈指数分布，后来又提出了采用击穿电场强度域值计算闪击距离的方法，并在回击电流峰值与先导电荷成正比的假定下，将闪击距离与回击电流峰值联系起来。因为先导电荷的分布难以通过直接测量得到，而回击电流峰值在一定程度上可以得到直接测量值，显然找到闪击距离与回击电流峰值的关系比先导电荷的关系更实际。但由于探测手段的限制，几乎没有对闪击距离和回击电流峰值的同步观测资料，因此利用人工引发雷电技术和光、电同步观测对这一问题进行深入研究将会得到越来越明确的结论。
l 雷电的激发和传输
雷电的激发和传输过程是雷电发生发展过程中的一个重要环节，但其详细的物理机制目前还没有明确的结论。一般认为随着雷暴起电过程的增强，云中电场增大，当电场达到一定程度时，云中一些水成物粒子的尖端将产生电晕放电，随着电场的进一步增强电晕放电将转化成弧光放电，进而发展为持续传输的流光，从而激发闪电。由于雷电的激发和传输过程发生在云内，实际的测量难以实现，所以目前的一些雷电激发理论大多是高压实验室是研究结果的外推，但应用于真实的雷电过程还存在很多争议。因此进一步发展雷电探测技术，通过遥感技术进一步研究雷电激发和传输基本过程，特别是雷电激发和传输中的精细过程的研究是非常重要的一个课题。
自从Kasemir提出闪电的双向传输概念之后，为了得到实验观测证据，正先导的发展传输及其辐射特征一直是大气电学研究的重点问题。闪电放电通道的电中性，决定了闪电传输过程必然为双向机制，然而除飞机、人工触发闪电的特殊情形，目前仍然缺乏先导双向传输的直接观测证据，所以雷电的传输机制目前同样也是一个有争议的问题。目前大多认为闪电的传输总是以其前部大量流光的出现和传播为引导，并通过流光头部区域的雪崩电离而前行。流光的持续传输需要其后通道内一定电流的支持，以产生电荷集中和局地强电场，但由于正负流光尖端集中电荷种类及集中方式的不同，以及流光通道内电流及导电性等的不同，使正负流光的传输并不具有对称性。对于正流光，由于其尖端集中的是正离子，其迁移性比电子小得多（大约是电子的0.01倍），电荷相对集聚，而雪崩电子向通道的注入提供的较大、较稳定的电子电流，又使通道具有较好的导电性，从而正流光传播时集中、稳定，正流光可在远小于击穿电场的环境场中发展，而不需要其它热力过程的参与。而负流光则不能连续的传播，其传播形式为梯级的，具有间歇性，并伴随较大的击穿浪涌电流，较强的发光和VHF辐射。但要得到明确的结论仍需要进一步的观测和理论研究。
很多观测发现在正地闪首次回击之前存在与云内过程相关的长时间电场变化；在正先导发生几毫秒之前存在预击穿过程，这个过程由多个双极性脉冲组成；在正地闪先导过程发生之前存在平均300ms的长时间强辐射过程，而在回击前的最后几毫秒（对应于正先导过程）辐射变为间歇性和脉冲性，这些观测进一步证实正地闪的先导过程在HF-UHF波段不产生或产生很弱的辐射，而正地闪回击之后存在较强的辐射，正先导之前的云内预击穿过程持续时间较长，这些都与负地闪的放电特征有较大的差异。因此对地闪发生发展过程的认识仍需要进一步的观测研究，同时对雷电探测技术提出了更高的要求。
l 人工引发雷电技术
20世纪60年代，美国学者在室内实验中发现，快速引入强电场中的细金属丝会导致击穿放电，并提出了人工引发雷电的设想。此后用向雷暴云发射拖带细金属导线的方法成功地实现了人工引发雷电。法、日、美以及中国的学者先后都进行了人工引雷实验及综合测量，取得了令人鼓舞的结果。最近古巴也开展了这一技术。人工引雷使时空随机发生的自然雷电变成在一定雷暴条件下可以控制地进行，便于集中各种测量手段对雷电放电过程进行近距离综合观测，为深入研究雷电物理、雷电探测、防护以及其它相关科学问题提供了一个有效的新途径。
人工引发雷电有两种触发方式。向雷暴云发射拖带接地细金属丝火箭的人工引雷方式称为传统触发方式。这种方式引发的雷电类似于地面高建筑物激发的上行雷。通常是根据地面电场及其变化趋势来确定火箭发射的时机，火箭发射前的地面电场值一般在4-10 kV/m之间，火箭触发高度（即人工引雷成功、主放电通道形成时火箭上升的高度）一般在200-400米左右。由于近距离自然闪电发生后会降低环境电场，以及从火箭点火到升至触发高度需要一定时间（2-3 秒），在自然闪电相对稀疏时发射火箭比闪电频繁时更易于触发成功。当火箭离开地面上升时，在其拖带的细金属丝顶端会激发起上行先导，在适宜的环境电场下上行先导将以~105m/s的速度向雷暴云底部自持传输。先导电流使金属丝烧熔汽化，当它到达雷暴云底部的电荷区时，就在雷暴云和大地之间建立了放电通道，并激发持续时间数十至数百毫秒的连续电流，称为初始连续电流过程。在雷暴云底部为正电荷集中区的情况下，人工引发雷电一般在初始连续电流过程之后即行终止，放电的峰值电流一般在千安上下；但在雷暴云底部为负电荷的情况下，初始连续电流过程之后，可能会发生数次直窜先导及继后回击过程，放电的峰值电流可达数十千安，放电持续时间一般在数百毫秒甚至一秒以上。这些过程和自然闪电的同类过程是完全相似的。
20世纪90年代以来，又进一步发展完善了所谓“空中触发”技术。即火箭拖带细金属丝的下端不直接接地，而是通过一段数十至数百米的绝缘尼龙线再和地面连接。这样当细金属丝被火箭带到空中后，在其上端及下端与尼龙线的连接处会在雷暴云电场作用下分别激发起上行和下行先导，它们在环境电场作用下分别向雷暴云和地面双向传输。在雷暴云底部为负电荷的情况下一般是先产生上行正先导，随后（一般在几毫秒之内）产生下行负先导，它和自然雷电的下行先导相似，当其接近地面时，会在地面突出物上激发起上行迎面先导，进而产生类似自然闪电回击一样的强烈放电过程。用空中触发方式引发的雷电其性质接近于自然下行雷电，更适宜于研究它和地面目标物相互作用的机理和过程。
由于可以同步测量人工雷电的电流及其辐射电磁场，因而可用于对地闪的回击传输线理论及模式进行检验研究。根据该理论，在回击初始阶段的数微秒内，其所产生的辐射电磁场和通道电流成正比，和与通道的水平距离成反比，并也和回击电流速度有关。实验表明，回击的传输线理论模式基本上是成立的，只是用光学方法测量的回击速度值一般比计算值要低。由实际测量的电流及电场值按传输线模式计算出的回击速度更接近于光速。人工引发雷电还可用于研究闪电通道的发光度演变、通道电流及其时变特征等。而空中触发的人工雷电正用于研究下行雷电与地面目标物如高建筑物、供电系统、通信信息系统等的相互作用，并在此基础上对雷电防护装置的性能进行综合实验和评估，已取得了初步的但令人鼓舞的结果。此外，利用人工引发雷电及其它相关测量手段也可以研究雷电放电与雷暴动力及微物理过程的相互关系，研究雷电产生的氮氧化物及其它痕量气体特性以及它们对天气气候的影响等。
实验表明，人工引发雷电有可能成为对雷暴天气过程进行人工影响的有效手段。自然对地闪电发生后一般伴随有所谓降雨倾泻现象，对云闪频繁而很少发生自然地闪的冰雹云人工引雷成功后一般可以产生降水突增、而冰雹云发展得到抑制或减弱的作用。和常规的播撒催化剂方式比较起来，人工引雷可以认为是‘电催化’方式，具有作用时间快、影响范围大的特点，因为雷电通道在云内的传播速度可达每秒百公里以上，通道的树枝状分布及其产生的高电场可以吸附大量的云滴及雨滴。
在雷电防护方面，利用人工引雷技术可将雷电引到安全区，但首先要解决的问题是进一步提高引雷成功率，国内外目前的水平在60%左右，这需要进一步研究确认闪电产生的条件，包括电场、电荷或其他有关的空间条件，同时要准确探测空中电场强度及其演变特性，由于近地面空间电荷层的屏蔽作用，仅靠地面电场的测量是难以了解空间电场特性的，这样的引雷必然具有一定的盲目性。另外，引雷技术手段需要进一步发展，使其更加灵活、更接近自然雷电或根据实际需要设计能完成特殊任务的雷电引发设施，比如战争。目前人工引雷的主要手段还是采用火箭拖带细金属丝的方式。为了安全，火箭应具有抛伞或自碎功能。也曾经试验过其它人工引雷的手段，如向雷暴云喷射火焰或高压水柱以及激光诱雷等，但均未取得真正意义上的成功。特别是激光诱雷，曾进行过大量室内实验，并产生了数米长的激光诱导放电，但在进行野外实验时并未获得确认的激光诱发雷电。激光诱雷涉及了许多理论和技术问题，仍是今后值得深入研究的课题。一旦获得成功，将具有重要的科学意义和实用价值。总之，为了人工引雷技术得到更广泛的应用，引雷技术的进一步发展是非常必要的。
8．2．2雷电背景场——雷暴云 (言穆弘)
l 雷暴云基本结构，及宏观、微观和电参量之间的相关性
雷电源于雷暴云，通过云内各种起电过程，不同水成物粒子携带上不同极性电荷，然后分离形成偶极或三极性电荷结构，电荷浓度约10-9C/cm3,产生宏观尺度电场约100V/cm，局部区域可在1000V/cm以上，飞机观测曾测量到4000V/cm的电场，局地强电场使水粒子附近发生电晕放电，导致空气被击穿，流光传输，形成云闪和地闪。显然，雷电的形成及时空演变与云的微观结构、流场特征有较大关系。近代大量飞机、雷达，闪电和电场综合观测，分析得到了很多相关事实。归纳如下：最大雷电频数区域和最大降水回波区不重合，负地闪多发生于强回波中心外缘反射率约30dbz附近，且又在最大反射率梯度区域内及强上升气流区域附近。负地闪都发生于风暴成熟时段内，而正地闪多发生在弱回波区或均匀回波区中，且离强上升区域较远，又多发生于风暴发展初期和后期，高闪电频数出现时间通常提前于强降水回波约0.5-1h。对于中尺度风暴系统，负地闪多出现于对流泡中，而正地闪则出现在层状云结构中。多单体风暴地闪频数远高于超级单体，对于强降水系统，多正地闪而少负地闪等等。这些相关事实说明雷电与强对流，降水及微观结构之间存在着复杂的相关性及耦合过程。使我们有可能利用闪电观测资料作强风暴等灾害性天气过程的临近预报。尤其是雷电和对流发展之间关系更为密切，利用雷电资料来预警对流的发展值得深讨。此外，在深入研究三者关系的基础上，可以探索利用改变云内电参量来人工影响雷暴结构。
l 雷暴电过程参数化及数值模拟研究
在三维时变积云数值模式中，建立各类水成物粒子所载电荷量的时变方程和泊松方程。引入各类起电过程，从而可以计算积云宏观参量、微观参量和电参量的同步时空变化，并研究三者之间互为因果，交叉耦合关系，模式计算得到了和实测相符的电荷结构即偶极性和三极性电荷分布以及云内电场分布。计算指出强电荷中心和强降水中心不重合，对流和冰相是形成云内强电荷结构和强电场的关键因子。宏观场和微观场的变化直接影响电荷和电场分布，后者的建立完全依靠前者。但反之，后者对前者的影响不明显。电场力对动力发展的直接作用与动力场本身相比很小，电场力产生的垂直涡度比动力涡度小二个量级。但电场影响了云内微物理过程，特别是改变了水成物粒子降落未速度，通过对三相水成物之间转换过程的调制来影响云的动力过程。计算指出能使云中水汽总量增加41%，释放潜热增加19.4%，从而改变了流场结构，使电涡度和动力涡度相当。模拟结果也指出，电活动对冰雹增长也有影响。带电雹块与云内强电场作用，通过对成雹过程和融雹过程的调制，使地面降雹量约增加50%，雹块直径增大约0.7mm，降雹时间约滞后3分钟。但上述调制作用只出现在合适的时段，即电场达到约10kV/m时段，一般只有约10分钟左右。
雷暴云动力—电耦合模式深入研究，将引入更符合理论和实际的放电参数化过程，深入研究雷暴云放电过程的时空演变及与宏观场和微观场之间的关系，并可计算闪电产生的氮氧化物（LNOx）量及其时空输送，以及对中、小尺度天气系统的影响。
8．2．3雷电灾害机制 (董万胜)
自然界中由雷电造成的损害可分为两类：直接灾害和间接灾害。
l 直接灾害机制
雷电直接灾害是指雷电直接击中人体、建（构）筑物、设备等，并对他（它）们造成直接的损害，是雷云对大地某点发生的强烈放电。如雷电击中架空的电力线，电话线等，雷电流便沿着导线进入设备，从而造成损坏。
雷电放电具有电压高、闪电电流幅值大，变化快，放电时间短，闪电电流波形陡度大等特点。直接雷击的破坏作用在于强大的电流和超高电压。雷电击中人体、建筑物或设备时，强大的雷电流转变成热能。雷击放电的电量大约为25~100C。据此估算，雷击点的发热量大约500~2000J。该能量可以熔化50~200mm3的钢材。因此雷电流的高温热效应将灼伤人体，引起建筑物燃烧，使设备部件熔化。在雷电流流过的通道上，物体水分受热汽化而剧烈膨胀，产生强大的冲击性机械力。该机械力可以达到5000~6000N，因而可使人体组织、建筑物结构、设备部件等断裂破碎，从而导致人员伤亡、建筑物破坏，以及设备毁坏等。雷电流产生的局部高温也可引起森林火灾等。雷击火是林业的最重要灾害之一，我国大兴安岭由于雷击引起森林火灾占森林火灾总数的24%，而小兴安岭的伊春林区由于雷击引起森林火灾占森林火灾总数的7%。例如：1966年~1984年大兴安岭林区黑龙江省部分雷击引起森林火灾170次，1962~1985年大兴安岭林区内蒙古自治区部分雷击引起森林火灾374次，尤其严重的是1998年5月由于雷击引起内蒙古阿尔山林区森林火灾，烧毁森林、草原1.2万多公顷。
直接雷击可引起地电位上升而波及附近的电子设备，对设备产生反击，损害其对地绝缘。当10KA的雷电流通过下导体入地时，假设接地电阻为10欧姆,根据欧姆定律,可知在入地点处电压为100KV，足以将设备损坏。雷电流在闪击中直接进入金属管道或导线时，它们沿着金属管道或导线可以传送到很远的地方。除了沿管道或导线产生电或热效应，破坏其机械和电气连接之外，当它侵入与此相连的金属设施或用电设备时，还会对金属设施或用电设备的机械结构和电气结构产生破坏作用，并危及有关操作和使用人员的安全。雷电流从导线传送到用电设备，如电气或电子设备时，将出现一个强大的雷电冲击波及其反射分量。反射分量的幅值尽管没有冲击波大，但其破坏力也大大超过半导体或集成电路等微电子器件的负荷能力，尤其是它与冲击波叠加，形成驻波的情况下，便成了一种强大的破坏力。
l 间接灾害
直接雷击声光并发，咄咄逼人，老幼皆知。而感应雷击悄悄发生，不易察觉，后果严重。间接雷击与直接雷击破坏的对象不同，前者主要击坏放电通路上的建筑物、输电线，击死击伤人畜等，后者主要破坏电子设备。如：1992年4月27日，江西南昌医科大学遭感应雷击，160门程控电话有120门被毁。同天，江西财经管理学院200门程控电话全部被毁;1992年5月1日，长沙湖南广播电视大学200门程控电话、6台计算机和多台彩电因感应雷击被毁，损失100多万元;1992年6月22日，北京国家气象中心计算机室遭感应雷击，大型和小型计算机网络中断，多台计算机接口被破坏，计算机系统工作中断46小时，经济损失20多万元;1993年4月21日，第一届东亚运动会前夕，上海奥林匹克俱乐部大楼遭感应雷击，楼内控制程控电话的电脑被破坏，损失数万元。
雷电流变化梯度很大，会产生强大的交变磁场，使得周围的金属构件产生感应电流，这种电流可能向周围物体放电，如附近有可燃物就会引发火灾和爆炸，而感应到正在联机的导线上就会对设备产生强烈的破坏性。
间接雷击又可以分为静电感应破坏和电磁感应破坏。
静电感应：带有大量负电荷的雷云所产生的电场E将会在架空明线上感生出被电场束缚的正电荷。当雷云对地放电或对云间放电时，云层中的负电荷在一瞬间消失了（严格说是大大减弱），那么在线路上感应出的这些被束缚的正电荷也就在一瞬间失去了束缚，在电势能的作用下，这些正电荷将沿着线路产生大电流冲击，并以雷电波的形式沿着导线经设备入地，从而对电器设备产生不同程度的影响，引起设备损坏。一台电子设备招引感应雷击的通道主要有4条：1、天线、馈线引入;2、电源线路引入;3、信号线路引入（信号线路的种类很多，高频信号传输线路、程控电话线路、电脑数据处理线路等等都可能引入强大的雷电信号而击坏电子设备）;4、接地线路引入。对于建筑物中电子设备群体来说，引入感应雷的通道主要有7条：1、建筑物中一切电子设备的天线、馈线、电源线、信号线、接地线都是建筑物的进雷通道;2、出入建筑物中各种电源线路及建筑物内部“长”距离信号线路;4、具有公共接地的建筑物中的一切金属管道，在直接雷电流流经其上时，其周围产生的磁场涡流在金属表面感应出来的雷电冲击波;5、雷电放电时，在金属表面感应出来的雷电冲击波;6、直接雷击落雷点建筑物的雷电高位冲击;7、直接雷击落雷点建筑物的雷电反冲电流（这种电流可通过相邻建筑物的接地线路进入其电子设备，使电子设备的机壳和机芯之间产生放电现象而损坏）。
200多年前富兰克林发明的“避雷针”防避“直接雷击”具有盖世之功，而防避“感应雷击”却无能为力。因为，当时没有什么电子设备，感应雷击的现象不明显，防避直接雷击就足够了。而现代社会，电子设备大量应用，感应雷击的危害日益严重，仅依靠“避雷针”防雷已远远不能满足社会的需求。防雷专家们也早已认识到这一问题的严重性，并进行了一系列防避感应雷击的试验和研究。
电磁感应(LEMP)：雷击发生在供电线路附近，或击在避雷针上会产生强大的交变电磁场，此交变电磁场的能量将感应于线路并最终作用到设备上（由于避雷针的存在，建筑物上落雷机会反倒增加，内部设备遭感应雷危害的机会和程度一般来说是增加了），对用电设备造成极大危害。如果设备在这个场中，便会感应出很高的电压，以致损坏，对于灵敏的电子设备，尤需注意。
自人类进入信息时代以后，因高集成化电子设备，如计算机、通讯设备及工业自控系统的广泛应用，同时这些集成电路的耐过电压过电流能力极为脆弱（仅为过去常用的电子管设备的百万分之一），导致因雷电产生的过电压灾害有明显的上升趋势。当人类社会进入电子信息时代后，雷灾出现的特点与以往有极大的不同，可以概括为：（1）受灾面大大扩大，从电力、建筑这两个传统领域扩展到几乎所有行业，特点是与高新技术关系最密切的领域，如航天航空、国防、邮电通信、计算机、电子工业、石油化工、金融证券等，表明受灾行业面扩大了。（2）从二维空间入侵变为三维空间入侵。从闪电直击和过电压波沿线传输变为空间闪电的脉冲电磁场从三维空间入侵到任何角落，无孔不入地造成灾害，说明雷电灾害的空间范围扩大了。例如2000年7月25日14点40分左右，一次闪电造成漕宝路桂菁路附近二家单位同时受到雷灾，而不是以往的一次闪电只是一个建筑物受损。（3）雷灾的经济损失和危害程度大大增加了，它袭击的对象本身的直接经济损失有时并不太大，而由此产生的间接经济损失和影响就难以估计。例如1999年8月27日凌晨2点，某寻呼台遭受雷击，导致该台中断寻呼数小时，其直接损失是有限的，但间接损失将大大超过直接损失。（4）产生上述特点的根本原因，也就是关键性的特点是雷灾的主要对象已集中在微电子器件设备上。雷电的本身并没有变，而是科学技术的发展，使得人类社会的生产生活状况变了。微电子技术的应用渗透到各种生产和生活领域，微电子器件极端灵敏这一特点很容易受到无孔不入的LEMP的作用，造成微电子设备的失控或者损坏。
目前，直击雷造成的灾害已明显减少，而随着城市经济的发展，感应雷和雷电波侵入造成的危害却大大增加。据统计：直击雷的损坏仅占15%，而间接（感应）雷击的损坏占85%。雷电灾害被国际电工委员会（IEC）称为"电子化时代的一大公害"。 随着计算机与人们的日常生活越来越密切，而计算机网络系统统管世界的时日也即将不日而至，到目前为止比计算机病毒更为难以控制的就是雷电的自然灾害,它不是人为的，既摸不着也看不见，有时你甚至找不到它做案的蛛丝马迹，因此被称为"神秘杀手"。
8．3 雷电观测与预警系统 (马启明)
目前我国不同行业在不同地区建立了不同的雷电监测网，但没有统一的全国雷电监测网，如何统一和正确评价这些雷电资料的可靠性和一致性，如何在雷电和强风暴预警、预报及重要防雷工程中充分的应用这些探测资料，是目前雷电监测中的一个重要问题，所以我国需要建立卫星-地基综合、立体的雷电探测系统，结合雷达、探空以及卫星云图等观测手段，组成全国范围内的雷电综合探测系统，建立统一、实用的雷电资料共享平台，开展雷电探测试验和资料的应用研究,为雷电的预警、预报方法和防护提供技术基础。国内外近阶段在雷电探测方面都取得了许多重要成果，并在国民经济建设中发挥了重要作用。星载闪电探测技术的发展使大范围的雷电监测成为可能，美国率先利用光学探测手段实现了卫星雷电观测，随后将光学与电磁辐射观测相结合在多颗卫星上安装了雷电观测设备，这一技术不仅可以获得全球和局地闪电的时空分布特征，为雷电研究提供了重要的观测资料，同时在灾害性天气的监测、闪电与气候变化相关性研究等方面发挥了重要作用。由于闪电电磁辐射与核爆炸辐射非常相似，星载闪电探测在国防上也具有潜在的应用价值。而覆盖整个美国的全国地面雷电监测网不仅在灾害性天气的监测和预报中发挥着重要作用，在航空航天、森林防火、电力部门也得到了广泛的应用，并在闪电和降水、对流性天气过程的监测预警等方面取得了重要进展。特别是近年来发展完善的基于GPS的三维雷电探测系统进一步推动了雷电的发生发展演变特征研究和雷电监测技术的发展，由于具有高时空分辨率和业务化应用的潜力而将在今后成为主要的雷电监测手段，并对雷电的临近预报技术和方法的研究起到重要作用。但雷电特征具有很大的地域性，因此应从我国的实际情况出发，发展具有独立知识产权的卫星空间综合探测设备和地面全国闪电定位网，在常规闪电定位站网产品中增加云闪信息、闪电的三维观测、利用星载闪电探测器与地面闪电站网结合构成新一代一体化的先进探测系统,获取全面的雷电监测资料，开发雷电资料应用平台，建立共享资源数据库，使雷电资料得到广泛应用，最大限度地发挥雷电探测系统的效益。
8．3．1雷电观测系统 (马启明)
l 全球观测
空基：极轨卫星、静止卫星（光学与电磁辐射相结合）
卫星为大范围探测闪电提供了理想的平台，国外主要是在极轨卫星和静止卫星上安装闪电探测仪，极轨卫星主要提供风暴的瞬间图像，空间分辨率较高，时间分辨率较低，静止卫星提供的是高时间分辨率、高探测效率以及连续的闪电放电图像。我国应该重点发展静止卫星上的闪电探测技术。
星载设备主要为探测闪电辐射的可见光和红外线的高分辨率扫描仪，它能够连续地探测大范围区域内闪电发生的时间、闪电的辐射能、日夜监测云闪和地闪放电。
瞬间事件轨道快速记录卫星，星上载有VHF接收机（20—300MHz范围可调，带宽20MHz）主要用来接收闪电辐射的强电磁脉冲，VHF接收机和光学观测设备相结合可以大大提高从卫星上识别闪电的能力，如首次回击、继后回击及云内放电等。
地基：VLF全球闪电观测网
闪电发生时产生的VLF辐射脉冲在地-电离层波导中可以传输到很远的地方，甚至全球。我国国土面积大，独立组网非常有利。建议在我国平均间隔500-600KM布设一个探测站，总共40-50个VLF闪电探测仪组网观测全球闪电，可以得到全球云地闪电的准实时资料。这些资料为我国远洋运输、作业及飞行、军事活动提供安全保障。
l 全国观测
天基：低轨道定位卫星（GPS卫星、电磁辐射）
我国应发射具有自主知识产权的全球卫星定位系统，建议在卫星上安装VHF闪电探测仪实时探测发生在我国境内的闪电，采用VHF闪电探测仪可以实时探测闪电时间、位置、强度、云闪/地闪类型，较地基网不受场地环境的影响、探测范围更大，特别是在一些无法在地面安装探测设备的区域，比如：海上、荒漠等无人区。
地基：VLF/LF国家闪电监测定位网
雷电监测定位系统产生于19世纪末20世纪初，在雷电的研究、监测及防护领域中处于极其核心的位置。一方面，通过遥测方式能较准确地提供大范围雷电的放电参数，用于进一步研究雷电的放电特性和其它更细致的物理过程，为进一步认识、防护雷电提供科学依据。另一方面，通过实时监测雷暴的发生、发展、成灾情况和移动方向及其它活动特性，对一些重点目标进行类似于台风的监测预报，使雷电造成的损失降到最低点。第三方面，雷电往往和暴雨、飓风、冰雹等强对流天气现象有很强的相关性，监测雷电活动的范围和频度是监测、预报上述灾害性天气的手段之一。第四方面，雷电的监测及准确定位在电力系统雷击故障点的查寻、森林雷击火灾的定点监测、火箭卫星发射场附近的雷电预警等方面都有很高的经济效益。目前，几乎所有的发达国家和地区都布有全国和地区雷电监测定位网。随着我国经济实力的逐步增强，建立标准的、先进的“中国国家雷电监测定位网”应该尽快列入计划并开始实施。为雷电的基础研究、防雷技术的开发、防雷减灾服务提供扎实完备的雷电监测数据资料，增强雷电灾害的预测评估能力和雷电事故判断的准确性。
“中国国家雷电监测定位网”初步规划有200多个探测站，在经济发达地区基线距离大约为150公里，探测精度优于500米，探测效率优于80%，在西部及人烟稀少地区基线距离大约为300公里，探测精度优于2公里，探测效率优于60%。
l 重点城市与区域观测
VHF/UHF闪电探测网（云闪和地闪）与地面电场仪网
由于VHF/UHF的闪电探测仪网主要探测云闪，而云闪比云地闪更能全面反映雷雨云活动的剧烈程度，一般情况下，云闪先于云地闪发生。建议在我国重点城市与区域建立VHF/UHF的闪电探测小网，一般由3-4个探测站组成，并配合地面电场仪网，进行雷电预警与预报研究。通过该研究发展预报模式，并逐步形成常规业务内容。
8．3．2雷电预警系统 (孟青)
l 建设雷电监测预警和对策分析系统
雷电预警作为国家公众气象预报和灾害性天气警报的内容之一，提高雷电监测准确性和预警预报服务的水平，将关系到全社会经济的发展和各行业和人民生活的安全。全国闪电监测网的建设，不仅能够改变人工目测雷电的落后状况，更有价值而实用的目的是，闪电定位系统在气象台站和其它行业的推广，可以提供雷电预报和警报的多种服务，并为防雷减灾标准设计、规范制定，以及防雷工程的有效性检验提供可靠的依据，加速了闪电定位站网系统的建设，开展闪电探测试验研究，发展闪电预报产品已成为必然。
全国闪电监测网将是一个覆盖全国大部分地域范围内的闪电监测业务网，全国闪电监测网建设的总体框架要综合考虑气象监测业务的发展战略和规划。目前，我国已经在局部地区建立了闪电监测系统，但在站址、设备、通信、应用和管理上缺乏统一指导，建设全国闪电监测系统可以对现有系统进行整合，充分利用已投入的资源，实现优化组合，发挥更大效益。
全国闪电监测业务，以云地闪监测为主，适当在部分地区，并结合中尺度天气监测网建设的需要，在中尺度灾害性天气监测预报服务基地、机场等地增加与地闪监测相集成的云闪监测，并考虑地面大气电场仪作为雷电测量的辅助设施适当地设置。
加强闪电定位技术的开发和应用研究，完善闪电定位系统设备,开发全国闪电监测站网的综合定位技术，作为今后探测业务发展的主要任务之一。因此从我国的实际情况出发，发展具有独立知识产权的卫星空间综合探测设备和地面闪电探测设备，开发和完善全国闪电监测网的综合定位技术，在常规闪电定位站网产品中增加云闪信息、闪电的三维观测、利用星载闪电探测器与地面闪电站网结合构成新一代一体化的先进探测系统,获取全面的雷电监测资料。同时开展全国闪电监测站网的性能评估研究，并不断改进闪电探测系统的定位精度和探测效率，为开发雷电资料应用平台，建立共享资源数据库提供必要的基础，使雷电资料得到广泛应用，最大限度地发挥雷电探测系统的效益。
l 雷电预警预报方法研究
如何在发展闪电探测技术和雷电监测网的同时，利用闪电数据的特征与强对流天气的关系，使目前闪电定位系统更能全面发挥其独特作用，开展闪电定位探测数据的综合应用技术研究，尤为重要。通过闪电特征与天气过程关系的深入研究，研究雷暴云物理过程及其参数化方案，发展可用于业务的诊断和预报技术，使得用户可以很方便地索取闪电资料及其预报产品，为气象业务预报服务。
首先围绕闪电和强对流天气这一研究主题，利用全国雷电监测网国内进行站网观测运行实验，开展闪电资料应用于强对流天气预报业务的对比分析和评估研究，通过与中尺度预报模式的耦合建立闪电预警模型，发展可用于气象业务的预报和诊断技术。
利用全国雷电定位网空基和地基综合的二维和三维空间闪电定位数据库，以及各种电场观测，分析研究不同地区雷暴电荷结构及其雷电特征，以及雷电特征与地形地貌、大气环流等因素的依赖关系，配以多参数雷达及卫星遥感数据，以及常规气象探测等手段，包括中尺度模式数值预报产品在内的丰富的气象信息作为背景场条件，对强对流天气系统发展演变规律进行研究，利用数值模式理论研究雷暴起电机制，研究对流风暴的动力、微物理、降水和电活动之间的相关性及其相互作用和耦合过程，发展雷电预报模式的参数化方案，促进雷电预报方法和技术的发展，提供对灾害性天气发生、发展进行监测和预警的新途径。
建立基于中尺度模式嵌套的云模式，包含起电、放电物理过程参数化等，逐步确立以物理预报为主、数值模式和各种统计、经验模式相结合的综合雷电预报、预测技术和方法，发展雷电临近预报（0-2小时）产品，在落时、落区和雷电危险等级预报准确性上达到一般应用要求，逐步建立完善的综合预报预测业务流程。
l 雷电决策分析系统的建设和雷电信息产品的公众服务
提高雷电监测和预警准确性和预报服务水平，将有助于规范雷电预警服务的标准和内容，提高国家现代化的雷电预警能力和灾害性天气警报服务水平，从而为各个行业的生产和人民的生活提供重要的保障和服务。
根据闪电预警模型，开发雷暴预警的软件系统，逐步建立和完善能够投入业务应用的我国短时雷电监测、预警、预报系统，并发布雷电要素的逐日预报、周报（争取月报），以及重大雷电事件警报，雷电信息产品包括雷电特征在地理信息系统平台上的图像显示，雷电预报产品以移动速度和移动方向的形式显示雷电活动区域的扩展状况，以及雷电灾害等级在不同时段的分布等形式。
在气象保障服务系统中建立公众雷电服务系统，加快公众雷电服务技术和手段的现代化，开发适应公众需求、内容丰富的雷电信息产品，为森林防火、电力、交通、航空航天、国防与军事、石油等应用部门提供高质量、高时空分辨率的雷电信息应用产品。并结合不同行业的特殊要求，提供专业雷电预警、灾害等级的科学评估和决策分析系统，为国民经济建设服务。
8．3．3 建设资源共享的大型雷电数据库(马启明)
l 建立以Oracle数据库管理系统为基础的分级数据存储系统，实现国家到地方雷电数据全方位的交流和共享，系统管理全国的雷电数据。
采用WebGIS理论，建立三层结构的网络服务体系。以Browser/Server(B/S)方式，利用Internet向全社会公布雷电的活动情况；以Client/Server(C/S) 方式，给相关应用行业和专业用户提供专门的客户终端软件，满足对雷电数据高级应用和研究的需要；结合以上两种应用模式，全方位的体现基础雷电数据应用的广泛性和重要性。
8．3．4 开发各行业应用平台，最大限度地发挥效益
开发电力、森林防火、电信、民航、铁路、高速公路以及卫星等发射基地安全保障等适合不同应用部门的应用平台，为其提供方便的接口，扩展雷电资料的应用范围，最大限度的发挥雷电资料的作用。
l 电力系统对雷电资料的要求
雷雨季节的大部分电网故障均来源于闪电，要么闪电击中输电线路，造成短路，要么闪电击毁变电站或者开关站设备，造成重大设备损坏，更有甚者，由于闪电的原因造成电网崩溃，形成大面积、长时间的停电。每次因为雷击造成的停电直接与间接的经济损失都超过几百万，有时甚至上千万，大面积停电不仅直接经济损失数以亿计，而且对国家安全运行构成极大的威胁。如下是美国统计的雷电引起的大停电事故资料：
1965年11月9日，7个州和加拿大两个省停电12分钟，影响3000万人。
1977年7月13日，纽约的900万人在黑暗中生活了25个小时，原因是闪电击中了电线。
1986年5月19日，纽约停电12小时，影响了四个街区。
1996年8月11日，西部9个州停电，影响400万人，一些地区停电时间长达10个小时。
1997年10月23日，旧金山南部的25万人停电90分钟以上。
1998年12月8日，旧金山半岛地区49平方公里停电，94万人在7小时后才重新得到电力供应。
1999年7月6日，三天创纪录的高温使纽约停电19个小时。
2003年8月14日美国东北部及加拿大部分地区发生大面积停电。
如果电力系统能够在雷雨到来之前采取一些电网调度预案，通过合理配置发电厂与线路，可以使用户免招停电之苦；或者雷击线路后，通过雷电监测数据尽快找到雷击故障点，减少停电时间，以减少经济损失。建议气象系统开发将雷电及其它气象信息与电网结合在一起的信息显示与报警平台，实时显示雷击位置、移动趋势等。
l 森林火灾防护对雷电资料的需求
雷击着火是森林业最主要的灾害之一。我国兴安岭地区森林火灾的30%起因于雷击，雷电不但烧毁森林，而且破坏森林中的生态生长过程，引起林木的虫害。根据雷电资料，结合地面植被的情况以及其它气象资料（主要为湿度和风向）可以预报火灾高发区，改变以往靠飞机巡查或者人工瞭望的被动局面，发现火灾险情后，能在最初时期扑灭，避免火灾范围扩大。加拿大采用该系统后，每年雷击森林火灾的损失是原来的30%，取得了很好的社会效益。
l 民航安全飞行对雷电资料的需求
民航需要在飞机航线上的实时雷电资料，以便于安排飞机绕开雷击区，飞行在安全航线上。
l 电信部门对雷电资料的需求
电信部门的无线基站大多数修建在高处，非常容易被雷电击坏，主要击中电源部分，造成通讯不畅和话费损失，根据雷电资料，监控基站周围的雷电活动及移动趋势，在雷电到来时，合理调用基站电源可以减少损失。根据雷电资料可以快速判断故障原因，尽快修复。另外根据基站周围的雷电参数累积统计结果，制订科学防雷方案，显著改善基站的防护能力。
l 电气化铁路、高速公路对雷电资料的需求
电气化铁路、高速公路是我国交通的主要命脉，通过监测电气化铁路、高速公路沿线的雷电活动，对雷击输电线及道路电气化设备预警，提高安全运行能力。
l 导弹、卫星发射基地对雷电资料的需求
远程导弹、发射卫星的火箭灌注燃料的时间都比较长，在燃料灌注、发射期间及最初升空在低层大气中飞行期间，一断被雷电击中，往往会爆炸，发射场会变成一片火海。比如：1969年美国登月计划的APOLLO-11发射后不到1分钟即遭到雷击2次，导致自动驾驶系统失灵，一些传感器停止工作。因此，导弹、卫星发射基地非常需要雷电实时资料，以及雷电的移动趋势，并结合其它气象资料，预报雷电达到发射场周围的时间，根据时间窗口，调整发射时间。
l 大型工程选址对雷电资料的需求
将大型工程（比如核电站、三峡水库、武器仓库）选在雷电发生比较少的区域，无疑为工程的安全施工、运行等带来了天然的保障，同时也会减少一大笔用于雷电防护的费用，利用多年的雷电资料统计雷电的密度、强度、极性分布以及雷暴日数分布，将重点工程地域选在雷电密度小、雷暴天数少的地域。
8．4雷电防护 (张义军)
以防灾减灾为目的，围绕我国雷电监测及防治等重要技术问题开展研究；发展新型的雷电防治新方法和新技术，其中包括航空、航天等重要场所的雷电预警技术、雷电防护新技术等；开展电磁兼容研究，为雷电电磁脉冲干扰的防护提供科学依据和关键技术。
8．4．1防护技术 （陈成品）
雷电一定程度上可以对任何物体或系统造成危害，包括地面各种建筑物、航空和航天飞行器、车辆船舶、树木、人、畜、室内的各种家用电器或微电子设备等。研究雷电最主要的目的之一就是要防止雷电灾害事故的发生。几乎所有的研究都是针对这一目的而进行的。我们人类自古以来就知道雷电防护的重要性，以至于一些古代较高建筑的顶端多采用单个尖顶或多个尖顶的形式，从而避免了雷击的发生。雷电防护技术发展到目前，已经有了一定的规模。
根据雷电造成灾害方式的不同，可将雷电灾害分成直接雷电灾害和间接雷电灾害。顾名思义，直接雷电灾害即是物体直接被雷电击中而发生的事故。间接雷电灾害就是雷电没有直接击中物体，而是雷电通过其他的途径，如雷电流产生的频带很宽的电磁辐射，间接对物体造成了损害。针对这两种灾害的防护技术也有一定的区别,同时又相辅相成。
l 直接灾害防护技术
当前比较通用的直接灾害防护技术是分流和屏蔽。分流技术中所使用的防雷系统一般可分为接闪器、引下线、接地体等三部分。避雷针、避雷带和避雷线都是目前较为普遍的分流技术中的接闪器，而法拉第笼则是较为普遍采用的屏蔽技术，避雷网可以看成是这两种技术的综合应用，既有分流作用，又能起到一定的屏蔽作用。
分流技术中最为广泛使用的是避雷针，它将附近的雷电吸引到自身，并通过引下线和接地导体将雷电流引向大地，从而使被保护物达到避雷的结果。避雷针的使用可以追溯到200多年以前弗兰克林发明该项技术的时候，目前传统的避雷针技术已经比较成熟。避雷针的大小、引下线的粗细、接地体接地电阻的大小等都有一定的标准，其保护区域也有一套较为科学的估算方法。
目前我国对高大建筑物包括高压输电线路基本上都采取了雷电分流的防护措施。在一些重要部门如变电所、油库等地方一栋建筑物还采取了不止一种的保护措施。航天发射场和机场还都安装有完善的雷电监测系统。所有这些措施都可一定程度上避免雷电灾害的发生，但是由于很多地方管理措施跟不上，每年针对防雷设施的维护和检修工作还不十分到位，一定程度上造成了雷害的隐患,这往往是造成雷电灾害的主要原因。
接闪器是雷电防护中直接和雷电相接触的设备，目前对于避雷针顶端的曲率半径的讨论也还没有一个确定的结论，即接闪器使用尖端和钝端的避雷针的防雷效果哪一个更好？对于闪电击中避雷针时的连接点的位置是在避雷针的顶端还是中间位置等也没有一个定论。在一定区域中如何利用最少量的避雷针组网以实现对该区域的保护,同时降低其失误率等,也是目前这个领域需要解决的几个关键问题。
当雷电击中避雷针时，强大的雷电流会通过引下线泄放到大地，因此引下线的截面积是其标准中的一个重要参量。以高大建筑物为例，由于引下线一般是从高处顺建筑物表面或内部到达地面。当有雷电流流过时，强大的电流所产生的磁效应也是不容忽视的，所产生的磁场脉冲可能直接导致室内各种电子设备受损，甚至引发火灾等一系列连锁反应。因此，尽管各种防雷标准中对引下线的设计都作了严格的规定，但随着雷电研究的深入，进一步改进引下线使其能在电流流过时尽量减小由电流产生的磁场应该成为这个领域的一个重点。
因为所有防雷系统都需要通过接地系统把雷电流泄入大地，以保护设备和人身安全，所以接地是雷电防护中的一项非常重要的技术。同时防干扰的屏蔽问题、防静电的问题都需要通过建立良好的接地系统来解决。一般整个建筑物的接地系统有：建筑物地网（与法拉第网相接）、电源地（要求地阻小于10欧）、逻辑地（也称信号地）、防雷地等。然而，各地必须独立时，如果相互之间距离达不到规范要求的话，则容易出现地电位反击事故，因此，需要连接在一起以实现等电位连接。但接地并非仅仅要求接地电阻小，在接地技术中接地装置的结构可能更重要，尽管对于接地体的讨论也已经进行了很长时间，但对于接地体的形状和接地性能的关系没有一个最后的结论，另外在雷电冲击电流作用下，接地电阻特性的变化研究也仍是值得深入研究的重要内容。
屏蔽技术也已经广泛使用，如各种车辆所采用的金属外壳就可以看作是一个法拉第笼，一定程度上屏蔽了雷电的辐射，从而也有效地避免了雷击事故。各种大型船舶除了其金属外壳的屏蔽作用，还都装有避雷设施，如避雷针。但这个领域的防雷工作在我国还不是一个重点。目前很多大型建筑物都采用金属框架结构，这些建筑物体内的金属网除了可用作引下线以外，也有屏蔽作用。但金属框架的网格究竟要多大才能更好的起到屏蔽作用，同时又节省材料和减轻建筑物的重量，还需要多方论证。这可以利用数值模拟的方法，并可以利用各种大小的金属法拉第笼进行室内实验来得出结论。
针对树木、人、畜等的防雷在我国实际上还是一个空白领域。一些场所也没有必要的防护设备，如一些海滩浴场、高尔夫球场、大型露天体育场、林场、牧场、乡村空旷地带的公路等场所。甚至于在打雷下雨时还有人要到大树下面避雨。因此各种防雷常识的宣传力度还需要加大。一些空旷场所应该设立防雷建筑设施，同时进行雷暴实时预告和警报，以防止雷击事故的发生。
l 间接灾害防护技术
间接雷电灾害的防护主要是针对建筑物内的各种电子设备，如通讯设备,电力设备和家用电器等。因此间接雷害的防护看起来要比直接雷害的防护要复杂。其实，直接灾害和间接灾害并非是完全独立的两种不同的雷电灾害,一次雷击事故往往同时包含着这两种灾害。在过去很长一段时间里，由于间接灾害有时候没有直接灾害那么明显，而且发生的频率也要低一些，因此相对于直接雷电灾害而言，间接灾害的防护并没有得到足够的重视。但随着微电子设备如计算机的广泛使用，由间接雷电灾害所造成的各种事故也逐年上升，因此间接灾害的防护也越来越得到各个部门的重视，尤其是一些通讯、电信和电力部门以及一些较大单位的大型机房等，基本上都安装有雷电防护设备。但在各地居民家中，对家用电器安装防雷设施的还非常少。
在雷电防护技术中，雷电防护的分区非常重要。一般分为直击雷非防护区（LPZ OA）和直击雷防护区（LPZ 0B）。在LPZ OA内的各类物体完全暴露在外部防雷装置的保护范围之外，都可能遭到直接雷击；电磁场未得到任何屏蔽衰减，属完全暴露的不设防区。在LPZ 0B内的各类物体处在外部防雷装置保护范围之内，应不可能遭到大于所选滚球半径雷电流直接雷击；但电磁场未得到任何屏蔽衰减，属充分暴露的直击雷防护区。同时根据防护级别的要求还分为三个屏蔽防护区：第一屏蔽防护区（LPZ1）内的各物体不可能遭到直接雷击，流经各类导体的电流比LPZ 0B区进一步减小，且由于建筑物的屏蔽措施，本区内的电磁场强度也已得到了初步的衰减。第二屏蔽防护区（LPZ 2）为进一步减小所导引的电流或电磁场而增设的后续防护区。第三屏蔽防护区（LPZ 3）为需要进一步减小雷击电磁脉冲，以保护敏感设备的后续防护区。
对于间接灾害的防护，一方面要对建筑物防止直接雷击，另外可以将需要保护的设备进行屏蔽以防止雷击损坏，再就是利用形形色色的避雷器,主要是一些半导体器件。目前比较流行的避雷器所使用的防护技术主要是限流和限压，又可以细分为电压钳位、电流带通滤波、光电隔离等等技术。当前在各个低压系统中使用比较广泛的是雷电流浪涌保护装置,其被直接连接在各种电系统中以保护系统中的元器件。
对雷电流浪涌保护装置的设计有一定的要求，如响应迅速、通流能力好、插入损耗小、有较好的电磁兼容特性等。首先要解决的是考察须安装保护装置的场合是否必需。有的场合不需要安装，安装后反而对其他设备不利；其次，和防护装置的加工工艺有关的问题也要进一步加强研究，以使其安装简单，并提高其可靠性；同时，要针对每一种避雷器产品的防护效果（可靠性）和电磁兼容等特性进行科学的检验和论证。
由于人工触发闪电技术的日臻完善，人工触发闪电的成功率逐渐提高，使得我们进行主动防雷在理论上成为可能。就是在雷暴接近需要保护区域时，以人工触发闪电的方式将雷电流引到一个安全的地方，从而达到防护的作用。这种技术实现起来有两个问题是必须要解决的，一是引雷判据的设定，另一个是引雷设备机动灵活性。这两个问题使得在主动防雷的可行性方面有一定限制。目前主动防雷这个领域在我国几乎还没有怎么涉及。为使主动防雷尽早付诸实践，加强这个领域的研究，即设计具有高度机动灵活性和高成功率的人工触发闪电设施将是我们首要解决的问题。
实践证明，为使防雷能达到最佳的防护效果，一般都不是单纯使用一种防雷技术，而是多种技术同时使用。除了各种避雷设施以外，还要考虑当地的环境及当地的气象条件和雷暴活动规律等诸多因素,即所谓的综合性防雷。
目前在我国防雷领域还存在不少需要改进的方面，必须加强雷电灾害成因的研究和发展新型的雷电防治新方法和新技术，使雷电防护达到最佳的效果，切实为国家经济建设和人民生命财产提供安全保障。
8．4．2雷电防护产品开发（张义军）
l 现有防护产品
根据雷电灾害的性质，防雷产品主要分为雷电防护装置和避雷器。雷电防护装置主要防护直接雷害，它们的主要作用是拦截向下发展的闪电先导，使闪电电流通过引下线入地，而被保护物免遭雷击。其产品目前还是以传统的避雷针或其改型为主，但对避雷针的几何结构即避雷针的针端是应该尖还是应该钝，一直是一个有争议的问题，直到最近通过常年的野外试验结果才发现避雷针的尖端很尖确实不能产生良好的引雷、接闪作用，而过钝的尖端确实也不易产生上行先导，避雷针的针尖存在一个最佳曲率，具体值还需要进一步更多的实验观测，才能在设计标准中得到推广应用。此外也还有很多新型避雷针或消雷器等产品相继被发明推向市场。比较著名的有法国的提前放电型(ESE)避雷针PULSAR，中国的半导体消雷器SLE(Semiconductor Lightning Eliminator)以及其它种种以金属导体为主要构件的变形消雷器等，并在一定范围内得到不同程度的应用，但这些防雷装置的工作原理以及实际运行效果都没有定论，需要进一步测试和检验。
为了防护间接雷害，产生了一系列元器件，通称为避雷器。主要作用是帮助泄放闪电能量入地或把闪电能量消耗在它们自身，使得作用在被保护系统上的闪电能量变小到系统可承受的程度。随着半导体技术的发展，这类元器件也有了长足的发展。各种避雷器被用于引入的电源线、天线或传感器的外接元器件和有线数据传输、通讯或网络连接用电缆。对用于低压系统的器件，电涌保护器（SPD）可直接连接在各种电系统中。由于系统的多样性，所用元器件及其组合方式均不同。对于射频系统，往往因为系统工作频段很窄，大多采用特殊的带通滤波方式，将非工作频率的能量分路；对电源系统，以传导、感应方式可能引入较大的雷电能量，对其后的用电系统影响面广，并且它本身运行所引入的电能量可能很大，因此除了分流原理外，有时还要用断开方式来阻断进一步的破坏，所以根据这种要求使用不同的避雷器。对于避雷器一般要求有快速响应、相当的通流能力、很小的插入损耗、与所保护系统的匹配以及良好的稳定与抗老化性能。目前这样的产品国内外均有很多厂家和公司生产、销售，并随着雷电防护意识的加强得到广泛应用。市场上防雷产品五花八门，其主要有以下几大类：
电源避雷器：单相与三相电源避雷器、低压电源避雷器和电源防雷插座
信号避雷器
网络避雷器
CCTV防雷器
馈线防雷器
电源一级电涌保护器（SPD）
终端设备电涌保护器（SPD）等等。
由于国内外各生产企业的产品研发水平和测试条件参差不齐，所以对市场上的防雷产品应依法加强监管力度。特别是我国的许多雷电防护产品生产厂家，没有完善的测试实验室，也同样需要依法加强监管，监管方式应由国家级雷电防护产品测试机构通过不同方式依法进行测试，保证雷电防护产品质量符合规范标准的要求。因此应进一步完善我国雷电防护装置测试中心，完善我国雷电防护产品的测试和监管体系。
防雷技术规范、标准的制订是开展防雷管理与技术工作的基础。按照国务院的规定，防雷主管部门应同时是防雷标准化的主管部门，但我国目前的防雷标准化工作是由国家质量技术监督局（国家标委会）主管，因此应加强协调、理顺关系，进一步推动我国防雷工作的快速发展。在积极贯彻采用国际标准的同时，要注意国际上英、美等国和国内部分专家对国际电工委员会（IEC）颁发的国际标准的不同意见（主要集中在对雷电流波形是否是10/350ms的不同看法），加强实验研究，提出符合我国实际情况的防雷技术规范标准。加强与国际上有关雷电防护标准化组织的合作与交流，积极参与国际标准的制定。
l 雷电防护产品的开发
随着市场需求的增大，目前国内外都非常注重各种新型雷电防护产品的开发。但目前由于雷电发生发展机理的认识尚不十分清楚，因此首先应该进一步加强雷电基础的研究，雷电防护装置的设计将随着对雷电特性、闪击距离、连接过程等各方面认识的进一步深化而更趋向于合理和实用。在雷电防护理论方面研究，滚球法虽然克服了传统保护角的一些不合理性，但它也存在很多问题，新的防护理论也将不断出现，例如搜集体积方法CVM(Collection Volume Method )概念的提出，可能将进一步促进雷电防护技术的发展。
针对现代城市高层建筑物的雷电防护特点，在个体防护的基础上要研究群体防护技术，这是雷电防护的一个重点问题。因此在产品的开发方面，要根据雷电的发生发展特性以及各种防护需求，研发多种多样适用于不同需求的产品。加强防雷技术的研究和产品开发，研制研发适合我国防雷的新产品，提供安装技术，以带动防雷技术的提高，推进我国雷电研究和防护技术的发展，缩短与国际间的差距。
防雷器件的开发目前主要利用了空气间隙技术，如现在使用的氧化锌避雷器一般带有空气间隙，体积相对较大，研究无间隙但同样具有较大吸收能量的新产品成为了一个新的热点。同时尽管雷电防护产品的基本原理为间隙火花放电或压敏电阻的利用，但在选材、用料以及组合技术等方面都应注意创新。例如产品的一体化、石墨或其他新型材料作为间隙的应用等方面应进行更多的研究。随着信息技术的快速发展，在信息网络保护方面的防雷技术的开发和产品的开发将是一个研究重点。
雷电防护产品的研发，主要依据是雷电防护标准，但标准的制定依赖于对雷电物理过程的基础研究，因此我国应通过雷电物理过程的深入研究，结合我国雷电特征和防护技术特点，按照国家标准进一步开发我国具有独立知识产权的雷电防护产品，尤其是信息系统的防雷新产品的研发，加强对雷电防护产品开发的科学指导和管理，逐步形成规范的防雷产品开发和销售市场，并进而走向世界，在世界防雷产品市场占据一席之地。
● 雷电探测和防护产品的检验
我国雷电科学起步较晚，现代防雷技术正处于发展初期，许多技术问题尚未彻底弄清，真伪难辫，因此，必须建立科学的雷电探测和防护产品的检验体系。人工引发雷电实验、室内高压实验和冲击大电流实验是对雷电探测和防护产品进行检验的有效手段。近年来国内外都很重视雷电防护技术和措施的研究，除了传统的避雷措施如Franklin避雷针外，大量新型的防雷避雷装置被推向市场。由于缺乏雷击机理的深入研究，也没有最接近自然状态下的模拟检验装置(高压实验室尽管具有可重复性和一致性等优点，但难以模拟出雷电过程的巨大能量和空间尺度以及复杂的自然环境条件)，这些防雷装置的实际性能及应用效果一直是有争议的问题。
直接雷击是通过先导在地面附近的连接过程完成的。当雷电下行先导接近地面目标并在其上激发出向上发展的迎面先导时雷击通常将不可避免地发生。下行先导接近地面时的行为表现不但决定于其自身特性(如先导通道中的电荷分布)，也依赖于近地层空间电荷及电场、气流场的分布情况。必需对下行先导与地面目标物相互作用的机理和过程进行深入研究才能对雷电防护装置的有效性进行科学评估。目前这种研究无论从理论分析及实际观测资料的积累方面都很不够。人工引发雷电技术(目前广泛采用的仍是火箭拖带接地金属导线方式)使随机发生的自然雷电变成可以在一定雷暴条件下在时间和空间可以控制的状态下进行。特别是近年内发展完善的空中引发雷电技术，使人工雷电的初始发生发展过程更接近自然雷电，这就使各种避雷装置的机理和效能的实地检验研究成为可能。
目前世界上利用人工引发雷电实验进行雷电机理和防护研究的有美、法、日等国。美国在Florida (先在肯尼迪空间中心，后在Camp Blanding)进行的人工引雷实验研究已持续了十几年。近期在Camp Blanding 的国际雷电研究及测试中心进行的研究内容广泛，其中包括了先导接地过程及避雷装置有效性检验等。除美国外还有许多欧洲国家的科学家参加。日本对冬季雷暴开展的人工引发雷电研究已持续进行了二十余年，近期也对防雷装置的耐雷性能进行了实验研究。这些实验表明，用人工引雷特别是空中引雷技术进行雷击机理及雷电防护装置性能检验的研究是现实可行的。
我国也开展了人工引雷的实验研究。先后在甘肃、北京、江西、上海、广东等地进行的实验共成功引雷几十次，并取得了一批综合观测资料。1996年起又发展了空中引雷技术。同时已经开始展开雷电防护装置的实验检验以及雷电电磁脉冲的破坏效应试验，以期对雷电防护效能和雷害机理有更深入的了解和认识，促进雷电防护技术的发展。
8．5．1雷电与极端天气气候事件的关系
l 雷电与降雹
雷电与降雹是强风暴中两种不同表现，且都能造成不同性质的灾
害。研究二者相关性，可为利用雷电观测来预警降雹提供理论和实验基础。观测发现：当强风暴中出现较多横向闪电时，就意味着会产生较大降雹；在风暴发展阶段，当出现较多正地闪时，通常伴有大降雹出现，且降雹多出现于正闪峰值附近；当正闪逐渐减少，较变成优势负地闪时，降雹则明显减少。研究雷电与冰雹之间内在物理联系及因果关系，可为人工消雹开辟一条新途径。
l 雷电与龙卷
中尺度风暴系统通常伴有强降水，闪电活动也频繁，且主要是高频数负地闪。但风暴中一旦出现正地闪，且频数较高大于1.5次/分时，则很有可能出现龙卷。龙卷一般出现在正闪频数达到峰值后开始减少，并逐步转化为优势负地闪时段内，通常滞后于正闪峰值约20分钟，此特征通常被用于龙卷的即时预报。大量观测发现负地闪和龙卷、降雹之间无关联，但高频数负地闪（大约30次/分）常伴有强降水过程且持续时间长。在龙卷出现前十余分钟内几乎全部是正地闪，出现后又几乎全部转化成负地闪，这种相关机制的研究有助于深入了解龙卷过程。
l 雷电与台风
由于台风内缺乏较多的过冷水滴，且对流活动很弱，一般认为台风只能引起大风和强降雨，没有闪电活动，故在台风研究中不注意云雾和电结构。Black(1984)首先在Diana台风中观测到很频繁的闪电，且主要出现在台风眼壁和外降雨带中，闪电外廓线呈现弯曲特点。此后，更多人观测到台风中闪电活动。闪电发生与强对流密切相关，这就意味着台风中存在局部强对流，尤其在台风登陆以后，受地形抬升作用会局地增强对流发展，有可能发展成龙卷或超级单体，于是闪电发生，且闪电活动约滞后于强对流发展约3-5小时。所以利用闪电频数可以预测台风中强对流的发展。当台风中发展强对流时，由于潜热释放可以增强气旋中的暖中心核，于是在对流破裂后，台风会被加强。因此，台风中深度对流的发展可被看作台风进一步被加强的标志，而闪电活动是一个很好指标。一些统计观测指出，当台风涡旋中心100-150km范围内出现闪电活动时，则在6-12小时后台风将会增强。
8．5．2 雷电活动与全球气候变化
l 雷电与热带（全球）气温相关性——舒曼共振
全球雷暴产生的闪电活动等效于一个电流发生器，向电离层充电维持了全球电流平衡和电离层电位。闪电产生频数很宽的电磁辐射，其低频部份强度很弱，但对于零级波型，即其波长等于地球周长（或其整数倍）时，地球波导作用就像一个共振器，闪电辐射被放大。考虑到地球为球形波导、传播中的损耗以及各向异性的电离层、边界层影响，从波导理论到得谐振频率约为8赫兹。来自闪电的8赫兹辐射波被称为“苏曼共振波”。对于理想波导，零级苏曼共振波是一个随高度不变的重直电分量即电离层电位。表征全球闪电活动强度的苏曼共振波和电离层电位线性相关，通常用测量苏曼共振波磁场来表示征全球闪电活动，且可以在地球上任意地方测量，相差不大，当然会有局地影响以及电离层不均匀性等影响，故通常采用月平均值。由于闪电来自于雷暴天气，雷暴与大气中不稳定能量即空气温度和湿度有关，因此苏曼共振波强度可以反映全球温度尤其是热带地区温度。统计分析指出，二者有很好的正相关性。所以表征全球闪电活动强度的苏曼共振波可以作为一种灵敏的热带温度指示器，进一步研究工作指出，湿球温度比干球温度有更好的相关性。近代由于卫星观测全球闪电计划的发展，所以利用分析全球和区域性卫星闪电资料来研究全球气温和气候的变化是一条新的研究途径。
l 雷电活动影响全球气候变化的探索性研究
在大气化学研究领域，痕量气体对天气气候的影响已被广泛注意。雷电活动可以产生痕量气体，尤以NOx(NO+NO2)更为重要。NOx在大气光化学反应中，以及对对流层和平流层中的O3浓度分布起重要作用。O3生成主要依赖于紫外辐射，闪电的直接产生量很小，但闪电产生的NOx很大地影响了O3浓度的动态平衡。观测指出，对流层中高NOx
区，O3浓度高，反之亦然。而O3是温室气体，它的水平空间分布变化将会影响环流形势，O3对太阳辐射尤其是紫外辐射很敏感，O3垂直分布变化将敏感地影响太阳辐射，所以NOx的全球变化（尤其是南、北半球不对称分布变化）将会影响全球气候变化。此外NOx对氢氧根OH-
浓度变化也有关键作用（直接产生OH-，也能通过O3产生OH-），而OH-对于大气中的水汽分布和云的形成有较大影响。卫星分析指出，在对流层上层水汽分布不均匀，有些区域存在较多的水汽，这可能就是NOx的作用。人类活动可以产生较多NOx，但近地面NOx生命期很短仅几小时，而对流层上层NOx生命期长可达数天。闪电是主要源，少量是由低层平流层输送而来。
因此，雷电通过对上部对流层中的NOx调制可以影响全球和区域性气候。当前相关研究主要有以下热点：
u 雷暴（局地和全球）能产生多少NOx，与其它源相比如何？
u 产生的NOx在雷暴内以及在中尺度区域、全球内的输送？
u NOx对上层对流层的光化学反应，水汽和温度影响多大？
8.6 今后二十年内的主要科学问题和任务
l 全国地面雷电监测和定位网的建立以及预警预报业务的发展
l 星载雷电不同探测技术的发展
● 国家级雷电研究实验室和野外观测基地的建设和发展
● 雷电的激发、传输物理过程研究
● 雷电灾害机理研究和防护技术的发展
● 雷电的电磁兼容研究
● 雷电探测和防护产品的开发和评估
● 全球大气电路和天气气候的关系研究
● 中层大气雷电放电特征以及雷电的大气化学效应研究
无所谓了。有没有人读是一回事，做不做这件事情是另一回事。总得先有东西读吧。
目录：
《中国气象事业发展战略研究》总论卷和1－6卷介绍
(一)总论卷
《中国气象事业发展战略研究》总论卷提出了中国气象事业发展的总体战略。明确了“坚持公共气象的发展方向，大力提升气象信息对国家安全的保障能力，大力提升气象资源为可持续发展的支撑能力”的战略思想，其核心是“公共气象、安全气象和资源气象”。这一战略思想突出了气象事业的公益性，体现了以人为本、全面协调可持续的科学发展观。
在这一战略思想的指导下，确立了“按照‘一流装备、一流技术、一流人才、一流台站’的要求，建设具有世界先进水平的气象事业现代化体系，率先基本实现现代化，实现从气象大国向气象强国的跨越，为全面建设小康社会提供一流的气象服务”的战略目标。建设具有世界先进水平的气象事业现代化体系，重点是建立一体化观测体系，构建气候系统观测平台，使之成为地球观测系统最重要的组成部分；建立信息管理体系，构建气象信息共享平台，使之成为气候系统的信息中心；完善无缝隙预报预测体系，构建公共气象服务平台，使之成为气象灾害预警和应急响应的基础；完善科技、教育体系，构建气象科技创新和人才培养平台，使之成为全国气象科学研究和技术开发的支柱。
根据战略目标，本战略研究提出了发展具有国际先进水平的气象业务；增强气象对经济社会发展的服务功能；强化气象对国家安全的保障作用；开发气象资源，促进可持续发展；推进气象科学技术研究与创新等五大战略任务。凝练出了加强能力建设的八大重点工程，即气象综合观测与信息网络系统工程、气象灾害预警系统工程、气候预测系统工程、公共气象服务系统工程、气候变化应对工程、航空航天气象保障工程、人工影响天气工程、气象科技创新与教育培训工程。为实现中国气象事业发展的战略目标，完成战略任务，战略研究立足中国国情，理论联系实际，提出了大力推进科技创新、实施人才强业战略、加大公共财政投入力度、建立健全法规与标准体系、加强国际合作能力和拓展国际活动空间、创新体制和机制等六项战略措施。
（二）第一卷：重大科学技术问题卷
重大科学技术问题卷是中国气象事业发展战略研究丛书中一个重要的组成部分。它涵盖了中国气象事业发展战略中必须解决天气学理论与预报技术、气候系统与全球变化、人工影响天气、大气化学、大气物理学、综合观测系统与重点外场科学试验等重大科学技术问题。重大科学技术问题的战略研究是从“公共气象、安全气象和资源气象”的理念出发，面向世界科技发展的前沿，面向全面建设小康社会的服务需求，体现“强化观测基础，提高预测水平，趋利避害并举，科研业务创新”的中国气象事业战略发展方针；通过科技创新，提升我国气象科技自身发展潜能，建设具有世界先进水平的现代气象业务体系，服务于社会、服务于经济建设、服务于国防，实现从气象大国向气象强国跨越，为全面建设小康社会提供更加优质的气象科技服务。
气象科技的进步是气象事业发展的基础，气象科学的发展程度体现了生产力水平和科学技术发展程度。随着当今科学技术的迅猛发展和学科的交叉融合，气象科学的发展与生态学、地理学、海洋学、水文学、环境科学乃至社会学、经济学等学科的发展密不可分，并已成为地球系统科学和可持续发展科学的重要组成部分。气象科技越来越显示出对国家安全和社会进步具有重要的基础性作用、对国民经济发展具有很强的现实性作用、对国家和社会可持续发展具有深远的前瞻性作用，气象科技的发展与人类的生存和发展息息相关。可以预见，21世纪的气象科技将飞速发展，它必将国家的安全保障、经济发展、社会进步中起到至关重要的作用。
为了适应我国全面建设小康社会对气象科学技术提出的需求与挑战，根据“公共气象、安全气象、资源气象”的理念和内涵以及中国气象事业发展战略的总体目标，重大科学技术问题卷紧扣世界科学技术发展脉搏，综合分析气象科学发展的背景、现状和社会需求，从科技发展战略思维的高度提出关键的气象科学与技术问题。本卷根据21世纪世界科技发展趋势，确立我国气象科技长期的发展目标和重点研究任务，同时对中国区域天气、气候和气候变化以及气象科学理论体系建立、天气预报和气候预测手段改进、全球气候系统观测实施、多学科交叉等方面提出应采取的措施。
参加本卷研究和撰写工作的单位有：中国气象局、中国科学院、北京大学、南京大学、中山大学、中国科技大学、北京师范大学、空司气象局等部门的专家88人，其中中国科学院院士3人。研究和撰写采取集中研究，分别撰写，沟通思路，封闭修改。在撰写人完成初稿后，先后进行了2次集中封闭研究和修改，形成了目前16.6万字的文稿。本卷在编写过程中得到许多不同行业关心气象事业发展，愿为中国气象事业献计献策热心人士的大力支持，在此深表谢意。
（三）第二卷：现代气象业务
气象业务是气象事业的重要组成部分，也是树立和落实“公共气象、安全气象和资源气象”三个理念的重要基础。新中国成立以来，特别是改革开放以来，我国气象业务发展迅速，取得了举世瞩目的成就，并在为经济社会发展服务的过程中做出了突出贡献。但是，面对世界科学技术的快速发展，面对国家日益增长的需求，我国气象业务还存在一些不足和差距，而国家安全、经济建设、社会发展以及人民生活水平的提高还将对气象业务提出更高、更旺盛的需求；21世纪头20年的重要战略机遇期是我国气象业务大发展的重要时期，将为我国气象业务由大国向强国跨越提供重要的历史机遇。
中国气象事业发展战略研究?现代气象业务卷正是基于这种需要，适应研究型业务的长远快速发展而研究和编撰的。本卷全面反映了气象业务的最新国际动态，充分结合了我国特色和发展实际，高度概括了我国现代气象业务的总体框架，清晰描绘了中国气象业务发展的宏伟蓝图。同时，本卷充分贯穿了总论卷的思路，以重大科学技术问题卷为技术支撑，并作为其它各卷的基础。本卷共九章,主要包括由天基、空基和地基气象观测组成的综合观测业务，以天气监测、预报预警和服务为重点的天气业务，以农业气象、海洋气象、航空气象、水文气象、空间天气、交通气象、电力与能源气象、环境气象、健康气象等为重点的专业气象业务，以气候监测、预测和评估为重点的气候业务，以气候变化检测、预估和适应对策为重点的气候变化业务，以及以通信网络、高性能计算机、信息共享和灾难备份为重点的气象信息系统。
第一章高度凝练和概括了全卷的主要内容。在分析气象观测、天气与专业气象、气候与气候变化、气象信息系统等的现状、发展趋势和存在问题的基础上，提出了我国气象业务发展所面临的机遇和挑战。围绕总论卷提出的气象业务发展目标，从科技发展和前瞻性的角度，结合研究型业务的要求，提出了实现目标的五大发展战略。
第二到第四章着墨于综合观测业务的未来发展，全面反映了组成综合观测系统的天基、空基和地基三部分内容，系统考虑了业务和科研对五大圈层观测资料的总体需求，理清了概念，突破了传统思维，突出了气象行业的高科技地位。
第五到第六章详细描述了天气业务和专业气象业务的发展，架构清晰，战略性强，体现了向气象强国跨越的现代天气业务的特色，贯穿了“公共气象”和“安全气象”的大方向和积极向环境气象和资源气象拓展的新理念。
第七到第八章气候和气象变化业务最突出的特点是科学上站的比较高，紧跟了世界气候、气候变化科研和业务的新动向，体现了研究型业务的特点。同时，充分考虑了国家政治和外交需求，反映了“公共气象、安全气象、资源气象”的大方向。
第九章气象信息业务突出了前瞻性和先进技术，体现了信息资源共享的理念，充分反映了气象事业战略研究的全局观。
本卷的编写过程是树立和落实科学发展观的具体实践，反过来，它将指导现代气象业务的科学发展。为期一年的现代气象业务卷战略研究工作是在中国气象事业发展战略研究领导小组的直接领导和各有关部门、有关单位的大力支持下完成的，在此，特向他们表示衷心感谢！并对为本卷研究付出辛勤劳动的所有领导、专家和工作人员表示衷心感谢！
（四）第三卷：气象与经济社会发展卷
自然环境（包括天气、气候）是经济发展和社会进步的基础。遵循和认识自然规律，防御自然灾害，充分利用自然资源，是加快经济发展和社会进步的前提。气象科学作为地球系统科学和可持续发展理论的重要组成部分，对国家安全和社会进步具有重要的基础性作用、对国民经济发展具有很强的现实性作用、对国家和社会可持续发展具有深远的前瞻性作用，它与人类的生存和发展密切相关。当前全世界都在关注包括气象灾害在内的自然灾害和全球气候变化对人类生存和发展的影响。
随着人类活动和范围的不断增加，全球气候变化对人类社会可持续发展的危害也日益彰显。全球气候变化对我国已经产生了严重影响，如海平面升高、冰川退缩、冻土融化、动植物数量减少等都将给我国带来不可逆转的、持久的严重影响，特别是农业、水文水利、交通、民用航空、海洋、城市发展、区域经济、重大工程等气象敏感行业和水资源、生态系统以及能源等方面。气象灾害已经成为制约我国经济社会发展的重要因素。由于经济发展和社会进步与天气、气候和气候变化密切相关, 经济社会发展对气象服务的紧迫需求与日俱增，因此科学认识天气、气候和气候变化规律，研究预报、预测和评估方法，探索气象资源的合理利用途径，增强防灾减灾、趋利避害能力，构筑全方位、全时空、快速反应的气象服务体系，更好地发挥气象对经济社会发展的社会效益、经济效益和生态效益, 对于保持经济社会持续快速健康发展具有重要意义。
为了应对国民经济和社会发展对气象的需求与挑战，本卷根据“公共气象、安全气象、资源气象”的理念和内涵以及中国气象事业发展战略的总体目标，紧扣世界科学技术发展脉搏，从公共气象服务与农业、交通、海洋、民用航空、城市发展、区域经济发展、重点工程建设和水文气象与水利等方面深入探讨了气象与国民经济建设和社会发展各方面的关系；回顾了我国气象事业为经济社会发展服务的历程，总结了取得的成绩和存在的主要问题；还针对全面建设小康社会的宏伟目标，论述了气象事业对经济社会发展服务的现状和重要性；分析了未来经济社会发展对气象事业的新需求；凝炼出本卷“以科学发展观为指导，贯彻落实中国气象事业发展战略思想、指导方，树立“公共气象、安全气象、资源气象”的发展理念，坚持公共气象的发展方向，强化气象公共服务职能，建立健全气象公共服务体系，提高公共气象服务质量，充分发挥气象科学技术作为现实生产力对经济社会发展的基础性、现实性、前瞻性作用，不断提升中国气象事业对绿色GDP的贡献率，为科学执政和经济社会可持续发展提供坚实的气象科学技术支撑，为全面建设小康社会作出应有贡献”的中心思想和以下重点内容：
1、贯彻落实中国气象事业发展战略思想、指导方针，树立“公共气象、安全气象、资源气象”的发展理念，必须加强气象为经济社会发展服务的能力建设，不断提升中国气象事业对绿色GDP的贡献率。
2、气象在为经济社会发展服务中，必须把公共气象服务放在整个气象服务的首位，坚持趋利与避害并举原则，突出气象为国家安全和可持续发展服务，突出“以人为本”的服务理念。实现气象服务内容多样化、服务手段现代化、服务产品专业化、服务队伍专职化、服务管理规范化。
3、在农业防灾减灾气象保障服务和充分应用气象资源为农业服务并重的前提下，以国家粮食安全和生态环境安全气象保障服务为重点；积极拓展农业生态环境监测和信息服务领域。
4、针对重点江河流域及干旱、半干旱气候区或水旱灾害频发区，重点建立水文气象一体综合监测网，构建信息共享平台和信息服务系统，发展新一代水文气象服务保障系统；发展水资源综合评估技术；预测与评估全球变化和人类活动对水循环过程与水资源的影响及趋势，研究气候变化对水资源影响的对策。
5、气象在为交通安全服务中，重点加强确保交通安全的气象保障技术规范和标准的制定和实施。
6、气象在为民用航空服务中，重点完善航空气象综合监测系统和机场气象保障业务系统；发展航空气象警报、预报、预警数值模式系统；建立全球民航气象第三个世界区域预报中心；加强航空气象培训和科学研究。
7、气象在为海洋科技发展和海洋经济服务中，重点建立健全现代化的海洋?大气综合监测系统，发展海洋气象保障服务系统；合理开发我国近海的海洋与气象资源；加强海?气相互作用机理研究，发展海?气数值模式，开发海洋浮标、卫星遥感等海洋观测资料的同化技术以及短期气候预测技术。
8、气象在为城市发展服务中，重点建立健全社区尺度气象监测网、预报模式和气象灾害防灾减灾体系。
9、针对不同经济区域的自然环境条件、气象资源特征和经济社会服务对象的特殊需求，建设相应的“特色气象服务体系”。
10、气象在重大工程服务中，重点建立健全重大工程的安全及其对生态环境影响的建设立项、设计气候论证制度，建立健全重大工程建设全程安全气象保障服务体系，建立健全重大工程运营安全气象保障服务体系。
11、在人工影响天气业务作业与科学研究并重的前提下，以增强人工影响天气作业效益为重点；在人工影响天气科学技术开发中，以解决催化技术和效益评估技术等关键技术为重点。同时，本卷还体现了气象事业对经济社会发展的绿色GDP贡献率。强调了加强政策环境（法规建设、体制改革与创新、标准制定与实施）、高新技术（科学技术、现代管理技术与艺术）、服务意识（以人为本、为民服务）有机结合是气象事业在经济社会发展中发挥基础性、现实性、前瞻性作用的重要基础。制定了公共气象为经济社会发展服务的总体目标、重点任务、发展思路。提出了为实现公共气象为经济社会服务的战略目标、完成各项任务，必须加强公共气象为经济社会发展服务能力的建设；必须充分认识并重视发挥气象服务在经济社会发展中的基础性、现实性、前瞻性作用；必须改革和完善气象服务体制，建立与市场经济体制相适应的并符合气象为经济社会发展服务规律的现代公共气象服务体系；必须大力推进气象为经济社会服务的科技创新，加强学科交叉和融合，加速科技成果向业务服务生产力的转化，不断提高气象服务的科技含量的对策措施。
中国气象事业发展战略研究“气象与经济社会发展”课题组（第三课题组）本着科学民主、求真务实的精神，百花齐放、百家争鸣，充分发挥专家作用，凝聚社会各界的智慧的原则，组织了科学技术研究（理科）、工程技术应用（工科）、经济社会发展（文科）等领域有关学科93名专家，进行为期一年的跨学科、跨领域、跨部门深入研究，最终完成了中国气象事业发展战略研究“气象与经济社会发展”课题研究，撰写了《中国气象事业发展战略研究》“气象与经济社会发展卷”专著。本卷共分十二章，比较系统地研究和论述了“气象与经济社会”、“现代公共气象服务”、“气象与农业”、“水文气象与水利”、“气象与交通”、“气象与民用航空”、“气象与海洋”、“气象与城市发展”、“气象与区域经济发展”、“气象与重点工程建设”、“人工影响天气技术服务”、“对策与措施”等气象与经济社会发展方面的理论和实践，并取得了一系列重大成果。这些研究成果打破了部门和行业界限,谋划了新时期新阶段加快中国气象事业对经济社会绿色GDP贡献的发展的路子，必将对中国气象事业的跨越式发展具有重要意义，也必将对经济发展、社会进步和实施可持续发展战略起到重要的促进作用。
中国气象事业发展战略研究第三课题??“气象与经济社会发展”课题研究工作得了中国气象事业发展战略研究领导小组和专家顾问组的亲自指导，中国气象事业发展战略研究领导小组办公室还组织有关专家对《气象与经济社会发展卷》进行了统稿审查，提出了许多宝贵意见，在此向他们表示衷心感谢！并对为本课题研究付出辛勤劳动的所有领导、院士、专家、学者和工作人员表示衷心感谢！
（五）第四卷：气象与国家安全
国家安全是国家生存的保障。随着经济、社会发展及其全球化进程的需要，国家安全的概念已从传统的国防安全拓展为更广泛的国土安全、食物安全、环境安全、能源安全、空间安全等，气象为国家安全服务的广度和深度也有了很大的发展。现在，气象数据、产品和信息不仅用于天气预报，为防灾减灾、经济发展和国家宏观决策服务，还越来越广泛地用于国家安全保障领域。本卷论述与国家安全密切相关的气象防灾减灾、国防安全、食物安全、能源安全、雷电防护、空间安全，以及为应对全球气候变化、环境外交提供有效的气象科技支撑等方面的内容。关于公共安全、水资源安全、生态安全等方面的内容己在其它分卷论述，本卷没有涉及。
本卷在第一章中分析了国家安全对气象工作的需求。(1)我国是世界上自然灾害最为严重的国家之一。雨涝、干旱、台风等自然灾害直接危及我国的国民经济发展和人民生命财产的安全。全球变暖使得极端天气气候事件发生的频次增加。(2)未来信息化战争对国防安全与军事气象提出了新的需求。精确的天气气候预报和预测不仅为军事活动，而且为先进武器正常发挥作用提供气象保障。(3)食物安全是国民经济发展的基础，是国家发展和社会稳定的保障。气候异常，特别是洪涝和干旱，对食物总量安全有重要的影响，可能使我国农业生产的不稳定性增加，产量波动大，使农业生产的条件发生改变，通过农业生产成本和投资格局的改变引起农业生产布局和结构的变动。(4)能源是国家经济的生命线。能源特别是化石燃料的开采、运输、加工使用都和气象条件密不可分。发展风能、太阳能等可再生能源的规划需要气象工作积极参与。核安全气象保障是核能工业发展最重要的前提之一。(5)全球气候变暖及其影响是关系到21世纪人类社会生存与发展的重大问题。我们需要全面深入研究气候变化对我国自然生态系统和国民经济各部门的影响后果、可采取的适应与减缓措施，并在对其进行成本效益分析的基础上，提出我国适应与减缓气候变化影响的发展规划，为有关国际活动提供科技支持。(6)雷电灾害被联合国有关部门列为“最严重的十种自然灾害之一”，也被中国国防电工委员会称为“电子时代的一大公害”。尽快开展雷电监测和防御工作，具有重要的意义。(7)空间天气是指太阳活动引起的日地空间环境尤其是地球磁层、热层和电离层中的扰动现象。这种日地空间环境中的剧烈变化，可能会引起地球空间环境的灾变，影响空间和地面技术系统的运行，影响军事活动和高科技项目的开展。空间天气保障也是现代战争不可或缺的战斗力因素。
建国五十多年来，我国气象为国家安全服务已经取得巨大的成就。表现为：(1)初步建成了门类比较齐全、布局基本合理的气象探测、通信、数据分析、服务业务系统；(2)发展了数值天气预报、气象卫星、气象雷达、人工影响天气等新技术和手段，为国家安全服务；(3)在重大天气气候灾害的防御、决策、评估方面为各级政府提供了重要的信息服务；(4)提供了农业、航空、军事气象保障；5)积极参与了全球性能源和环境外交活动。
我国的基本气象业务体系与国家安全的需求不相适应。表现为：(1)观测体系不够完善，数据质量控制体系不够健全，气象为国家安全保障水平需要进一步提高；(2)国家安全气象保障中科技自主创新能力亟待提高；(3)管理体制、机制尚不适应社会发展和服务国家安全的需要；(4)气象科技队伍整体素质有待进一步提高。
第二至第八章对与国家安全有关的七个重要领域进行了分析，指出气象事业为了改善为国家安全服务未来20年的工作目标。
重大天气气候灾害预警与防御体系建设的主要工作目标是：(1)根据国家对重大天气气候灾害防御的要求，改进对暴雨洪涝、干旱和台风等各种时间和空间尺度致灾天气系统的监测，使它们能够被观测到；(2)研究致灾天气系统的形成机理及活动规律，使它们能够被诊断、分析，并提高它们的预报水平；(3)制定科学、有效的灾害防御对策和应急措施预案，建立重大天气气候灾害预警系统和快速反应的灾害应急体系和灾害评估体系，使各种防灾、减灾和灾后救援措施能够及时执行。
信息化战争将成为二十一世纪的主要战争形态。建设信息化军队、打赢信息化战争，是新世纪积极推进中国特色军事变革的基本目标和主要任务。军事气象保障要精确化、无缝隙、一体化。(1)精确的军事气象保障要从传统单一的气象领域向现代综合的气象、海洋和空间环境领域拓展，具备为武器系统提供实时、精确的环境信息保障能力，为作战指挥控制系统提供环境数据，实现环境数据与信息化武器系统的有机铰链;(2)无缝隙的军事气象保障要加快发展拥有自主知识产权的、多尺度的战场环境监测和预测手段，重点解决保障技术手段不足、时空覆盖范围不够、精细化程度不高等问题，逐步提高气象海洋和空间环境保障的无缝隙覆盖水平;(3)一体化军事气象保障要树立一体化的大系统保障观念，彻底改变传统的“条块分割、自成体系、各自为政、各自为战”的保障模式，使军事气象工作真正成为国家气象事业的有机组成部分，创建新型的“三军一体、军民结合、军民兼容”的一体化联合保障模式，最大限度地提高保障效益。
气象是影响食物安全的重要自然因子，快速、准确、及时的气象信息服务，对保障食物总量安全和食物质量安全具有十分重要的作用。短期天气预报可以降低农产品生产的灾害性风险。中期天气预报，可以为灾区制定应对措施，为食物储备计划争取时间，保持粮食供给能力的稳定。短期气候预测可为制定食物安全的发展战略提供支持。在气候变化条件下及时调整相关政策，可以对农产品的国际贸易发挥影响。大力提升气象信息对食物安全的保障能力，是国家安全观的新发展对气象事业提出的迫切需求和重要任务。在气候变化条件下，气象事业为食物安全服务的工作总目标是：要为实现食物生产全过程的监测和安全管理作出贡献。其内容包括：(1)建设食物安全的气象监测体系；(2)研究食物安全的气象预警体系；(3)实施食物安全的气象保障。
能源是国民经济的基本支撑。能源安全是国家经济安全的重要方面，它直接影响到国家安全、可持续发展及社会稳定。气象信息在能源规划中有重要的作用。能源安全的工作目标是要致力于建立一整套合理的中国能源安全气象保障体系。其内容有能源供应气象保障、发展可再生能源的气象规划、核应急气象保障三方面。(1)能源供应中气象保障的内容包括海上能源生产和运输的气象保障、不同气象条件下能源调度的气象保障。(2)发展可再生能源的气象规划的内容包括确定风能、太阳能等可再生能源的资源量，选择发电场。(3)核应急气象保障能力建设的内容包括核放射性辐射源周围大气环境监测、应急保障预案、核应急气象预报服务及核影响评估。
要积极参与气候变化与环境外交国际活动，加强气候变化与环境外交中气象科技支撑的工作。目标是：(1)要加强对影响全球气候变暖因素的监测分析，其内容包括：进行温室气体、化学活泼气体、有毒气体、气溶胶等大气成分含量监测，发展土地利用与土地覆盖、植被、冰川全球变化的遥感监测能力，建立土壤污染监测系统，加强区域大气环境要素监测，完善区域大气本底监测网，发展酸雨监测网，加强沙尘暴监测，开展跨国河流水资源监测。(2)要加强对影响全球气候变暖因素的评估，其内容包括：人类活动对气候变化的影响、区域大气环境容量与机理、远距离大气污染物输送。
雷电防护的工作目标是：(1)建立雷电监测网与预警系统，发展地基和天基雷电观测技术，建设全国雷电监测网，建立国家大型雷电数据库和雷电灾害信息系统，在此基础上，建立雷电预警业务；(2)建立现代化雷电防护体系，加强对防雷产品的依法监管力度，制定国家统一的雷电防护标准，检验雷电防护产品效果。
中国气象事业在空间天气领域的战略任务是：(1)加强国家层面的统一规划、管理和协调，发展空间天气监测系列卫星，完善科学配置的空间天气地面监测台站网，逐步建成天地一体化的、具有国际先进水平的综合监测体系；(2)开展空间天气重大科学问题研究；(3)发展以物理预报为基础的空间天气综合预报技术和方法，加快空间天气研究模型向业务预报模式转化，形成空间天气预报和服务能力；(4)建设国家空间天气中心，建立中国独立自主、能实现资源共享的空间天气信息采集、分析、存储及服务产品分发系统，为国家安全战略提供空间天气保障。
第九章是本篇的总结。这一章从技术层面上总结了面向国家安全气象服务体系的发展目标，从管理层面上总结了发展安全气象的对策措施。面向国家安全的气象服务体系发展目标是：要以气象基本业务系统为主要依托，以资料与信息共享为主要特征，建成气象、海洋和空间的三位一体的全程、连续、滚动的综合气象服务系统，以现代通讯和信息技术为基础，建成高度共享的大容量的数据存储系统及相应的灾难备份系统，实现对各种观测资料的快速采集、传输、存储、加工处理和产品分发，最终达到面向国家安全相关领域的服务手段现代化、服务产品专业化、服务队伍专职化、服务管理规范化。
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