本文是一篇关于基于大气电场和雷电定位数据的雷电预警方法的研究论文，由Hantao Tao、Shanqiang Gu、Haitao Wang、Wanxing Feng、Juntian Guo、Yu Wang和Lei Zhang等作者共同撰写，他们来自武汉南瑞有限公司和国家电网电力研究院。该论文发表于2014年国际雷电防护会议（ICLP），会议地点为中国上海。
雷电是一种自然界中频繁发生的瞬态放电现象，伴随着强电场、磁场、电流、光和电磁辐射等，对电力、石油、交通和通信等基础设施的安全稳定运行构成严重威胁。传统的雷电防护措施（如避雷针、避雷器和雷电监测网络）属于“被动防护”，缺乏主动性。因此，研究雷电预警技术，提供准确、及时的雷电预警信息，成为解决“主动防护”问题的关键。本文旨在结合大气电场和雷电定位系统（LLS）的数据，提出一种小范围、短时间的雷电预警方法，并通过在电网输电线路中的应用验证其有效性和实用性。
本文的研究方法主要包括以下几个步骤：
大气电场阈值设定
大气电场仪器（field mill）用于监测地面大气电场的连续变化。根据历史气象数据，雷电放电现象通常在弱放电后的15至30分钟内发生。因此，本文设定了四个等级的电场强度阈值，分别对应雷电发生前30分钟、15分钟、5分钟和雷电发生时的电场强度变化。具体阈值如下：
电场时间差分计算
雷电发生时，电场强度会迅速变化。本文通过计算电场的时间差分（time-differencial）来区分电场变化的特征。电场仪器每秒测量一次电场强度，通过计算相邻时间点的电场差值，得到电场变化率。根据雷电发生前5分钟、15分钟、30分钟和雷电发生时的电场变化率，设定了四个时间差分阈值，分别为0.5 kV/(m·s)、1.5 kV/(m·s)、2.0 kV/(m·s)和3.0 kV/(m·s)。
雷电定位系统与雷暴趋势预测
雷电定位系统（LLS）能够实时监测雷电的位置、强度、极性和电流等参数。本文利用LLS的监测数据，通过密度聚类算法（DBSCAN）对雷电数据进行聚类，排除稀疏点，计算雷暴云的中心点，并通过线性拟合预测雷暴的移动方向和速度。基于雷暴中心点的线性拟合结果，可以预测雷暴的未来位置，从而实现对目标区域的雷电距离预警。
综合预警等级划分
本文结合大气电场的时间差分预警和雷电距离预警，将雷电预警分为四个等级：蓝色（无雷电）、黄色（雷电概率25%-50%）、橙色（雷电概率50%-75%）和红色（雷电概率75%-100%）。通过综合计算两种预警等级，可以有效降低误报率和漏报率。
大气电场预警结果
通过设定电场强度和时间差分阈值，本文成功实现了对雷电发生前30分钟的预警。实验表明，电场强度和时间差分的变化能够有效反映雷电的发生趋势，显著降低了漏报率。
雷电定位与趋势预测结果
利用LLS的雷电数据，本文通过DBSCAN聚类算法和线性拟合方法，成功预测了雷暴的移动方向和速度。实验表明，该方法能够有效降低雷电预警的误报率，特别是在小范围和短时间的预警中表现出色。
综合预警结果
通过结合大气电场和雷电定位系统的数据，本文提出的综合预警方法在实际应用中表现出较高的准确性和可靠性。实验表明，该方法能够在雷暴到来前15分钟发出预警信息，为电网的雷电防护提供了重要支持。
本文提出了一种基于大气电场和雷电定位数据的雷电预警方法，通过设定电场强度和时间差分阈值，结合雷电定位系统的数据，实现了对小范围、短时间雷电的精准预警。该方法在电网输电线路中的应用表明，其预警信息准确可靠，能够有效降低雷电灾害带来的损失。本文的研究成果为雷电防护技术提供了新的思路和方法，具有重要的科学价值和应用价值。
本文的研究为雷电预警技术提供了新的思路，未来的研究可以结合天气雷达和卫星图像信息，进一步提升预警方法的精度。此外，随着预警数据的积累，还可以对预警效果进行定量评估，进一步提高雷电预警技术的水平。