之前我們以問(wèn)答的形式介紹了大氣電場(chǎng)科普｜帶你認(rèn)識(shí)大氣電場(chǎng)，點(diǎn)擊藍(lán)字回顧。大氣電場(chǎng)探測(cè)技術(shù)的發(fā)展歷程，不僅見(jiàn)證了人類(lèi)對(duì)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(guò)去到現(xiàn)在，我們已經(jīng)積累了大量的研究成果，而未來(lái)又將會(huì)有哪些新的突破和發(fā)現(xiàn)呢？讓我們一起來(lái)探討大氣電場(chǎng)探測(cè)的過(guò)去、現(xiàn)在和未來(lái)吧！
過(guò)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(lái)，從雷暴和閃電引起大氣電場(chǎng)變化的機(jī)理，到把大氣電場(chǎng)用于反演和監(jiān)測(cè)，大氣電場(chǎng)探測(cè)技術(shù)也在不斷地向前推進(jìn)。
大氣分層概念圖
大氣電場(chǎng)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(shí)，電勢(shì)將每米增加100V。而電場(chǎng)是一個(gè)矢量場(chǎng)，表示在空間中的每個(gè)點(diǎn)處受到電場(chǎng)作用的電荷所受到的力，可以將空間電場(chǎng)分為空間大氣電場(chǎng)和空間地面電場(chǎng)。
最早的大氣電場(chǎng)探測(cè)方法是電勢(shì)差法，它利用電場(chǎng)作用在金屬電極上的電荷間產(chǎn)生電勢(shì)差，并通過(guò)電壓計(jì)等設(shè)備進(jìn)行測(cè)量。電勢(shì)計(jì)儀器的測(cè)量精度較低，但為后來(lái)的大氣電場(chǎng)探測(cè)技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。
電場(chǎng)線(xiàn)與等勢(shì)面分布關(guān)系
探空儀法是空間大氣電場(chǎng)探測(cè)的主流方法之一。該方法通過(guò)在探空儀上安裝電場(chǎng)傳感器，實(shí)現(xiàn)對(duì)大氣電場(chǎng)的連續(xù)測(cè)量。探空儀可以通過(guò)氣球或飛機(jī)等載體被懸掛或搭載到大氣層中，在運(yùn)動(dòng)中實(shí)現(xiàn)大氣電場(chǎng)的空間分布測(cè)量。
探空儀
雷達(dá)散射儀利用雷達(dá)波在大氣中的傳播特性，通過(guò)將雷達(dá)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(dá)波束在離散點(diǎn)上發(fā)生散射，并測(cè)量雷達(dá)回波信號(hào)的時(shí)間和功率等參數(shù)，從而反推出大氣電場(chǎng)的分布。
雷達(dá)散射截面積
對(duì)于空間地面電場(chǎng)的測(cè)量?jī)x器主要是為大氣電場(chǎng)儀，大氣電場(chǎng)儀根據(jù)導(dǎo)體在電場(chǎng)中產(chǎn)生感應(yīng)電荷的原理,能夠長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)測(cè)量大氣電場(chǎng)的強(qiáng)度和極性,完整記錄地面電場(chǎng)的變化情況。
中科飛龍產(chǎn)品—MEMS大氣電場(chǎng)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(huì)引起大氣電場(chǎng)的變化，因此在實(shí)際大氣電場(chǎng)研究中，常需將大氣電場(chǎng)與其他參數(shù)進(jìn)行對(duì)比研究?？梢?/span>應(yīng)用于自然災(zāi)害預(yù)警和監(jiān)測(cè)，在雷電預(yù)警方面，雷暴的來(lái)臨進(jìn)行提前預(yù)報(bào)，在雷電來(lái)臨之前，采用適當(dāng)?shù)拇胧﹣?lái)保護(hù)人身安全、財(cái)產(chǎn)安全、有效降低風(fēng)險(xiǎn)。
我國(guó)至2022年已經(jīng)建設(shè)2421個(gè)國(guó)家級(jí)氣象觀測(cè)站，幾乎都有設(shè)立大氣電場(chǎng)探測(cè)點(diǎn)位。由國(guó)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(zhǎng)春農(nóng)安站、成都郫縣站、廣東肇慶站5個(gè)臺(tái)站，對(duì)大氣電場(chǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集并對(duì)其進(jìn)行處理、存儲(chǔ)、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(jìn)入
網(wǎng)址:https://data.meridianproject.ac.cn/data-directory/
查詢(xún)了解臺(tái)站從2010年起記錄儲(chǔ)存的大氣電場(chǎng)探測(cè)數(shù)據(jù)。
子午工程大氣電場(chǎng)儀所在各臺(tái)站的地理位置
子午工程數(shù)據(jù)中心網(wǎng)頁(yè)中大氣電場(chǎng)儀數(shù)據(jù)目錄
雖然目前已經(jīng)取得的進(jìn)展為我們更深入地認(rèn)識(shí)和理解大氣電場(chǎng)的特性和變化規(guī)律提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。不過(guò)由于受多種因素的影響,如氣象條件、環(huán)境污染和人類(lèi)活動(dòng)等,難以對(duì)大氣電場(chǎng)的變化規(guī)律進(jìn)行全面分析，以下例舉了一些大氣電場(chǎng)的研究存在的挑戰(zhàn)。
01
目前多數(shù)大氣電場(chǎng)觀測(cè)儀器是單站觀測(cè)，探測(cè)距離較小，只能對(duì)某一區(qū)域階段的雷暴云進(jìn)行探測(cè)，對(duì)雷暴云整體情況無(wú)能為力。
02
大氣環(huán)境中存在著各種電磁輻射、地磁場(chǎng)和熱噪聲等干擾源，對(duì)大氣電場(chǎng)探測(cè)數(shù)據(jù)造成影響。
03
目前的大氣電場(chǎng)探測(cè)儀器對(duì)環(huán)境和信號(hào)的干擾具有一定的敏感性，導(dǎo)致測(cè)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(jí)的數(shù)學(xué)和物理方法，如逆問(wèn)題求解、時(shí)頻分析等，這些方法的準(zhǔn)確性需要一定時(shí)間進(jìn)行驗(yàn)證。
在技術(shù)的發(fā)展過(guò)程中，標(biāo)準(zhǔn)的制定是基石也是保障，中科飛龍團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)多年來(lái)的技術(shù)累積，已經(jīng)協(xié)同制定了MEMS電場(chǎng)傳感器通用技術(shù)條件的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)軍標(biāo)準(zhǔn)和5項(xiàng)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，目前正在提出MEMS電場(chǎng)傳感器IEC國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)提案論證報(bào)告。大氣電場(chǎng)探測(cè)技術(shù)在不斷發(fā)展和創(chuàng)新，未來(lái)還將面臨更多的挑戰(zhàn)和機(jī)遇，中科飛龍團(tuán)隊(duì)將通過(guò)不斷完善和發(fā)展電場(chǎng)探測(cè)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(chǎng)傳感器通用技術(shù)條件》
（GB/T 35086—2018）
《電場(chǎng)傳感器通用規(guī)范》
（GJB）
《MEMS諧振電場(chǎng)敏感器件動(dòng)態(tài)特性測(cè)試方法》
（IEC或ISO/IEC JTC1）
《電場(chǎng)傳感器專(zhuān)用標(biāo)定設(shè)備校準(zhǔn)方法》
（Q/KDZ 0001—2012）
《KDC-W01型探空電場(chǎng)傳感器組件詳細(xì)規(guī)范》
（Q/KDZ30065—2012）
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未來(lái)
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(duì)人類(lèi)生活的影響愈加嚴(yán)重。而對(duì)于大氣電場(chǎng)探測(cè)還有許多未知的可能性正在等待被挖掘，未來(lái)，大氣電場(chǎng)探測(cè)的發(fā)展方向主要集中在以下幾個(gè)方面。
01
設(shè)備組網(wǎng)：電場(chǎng)儀聯(lián)網(wǎng)可以增強(qiáng)大氣電場(chǎng)儀的功能和擴(kuò)大電場(chǎng)的監(jiān)測(cè)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(guò)程、電荷分布等許多方面。
02
多參數(shù)聯(lián)合探測(cè)：將多個(gè)參數(shù)的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)合分析，更加全面地研究大氣電學(xué)現(xiàn)象。未來(lái)可能會(huì)開(kāi)發(fā)更多的多參數(shù)探測(cè)儀器，如同時(shí)測(cè)量大氣電場(chǎng)和大氣化學(xué)成分等的儀器。
03
高時(shí)空分辨率：隨著科技的發(fā)展，大氣電場(chǎng)探測(cè)儀器的時(shí)空分辨率不斷提高。未來(lái)可能會(huì)開(kāi)發(fā)更高分辨率的探測(cè)儀器，以實(shí)現(xiàn)對(duì)大氣電場(chǎng)變化的更加精細(xì)的觀測(cè)和分析。
04
自動(dòng)化監(jiān)測(cè)：未來(lái)可能會(huì)開(kāi)發(fā)更穩(wěn)定的自動(dòng)化探測(cè)系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)大氣電場(chǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和連續(xù)記錄，從而提高大電場(chǎng)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(chǎng)數(shù)據(jù)被采集和記錄。未來(lái)需要更多的數(shù)據(jù)處理和分析方法，以實(shí)現(xiàn)對(duì)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(lái)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(shí)現(xiàn)對(duì)大氣大氣電場(chǎng)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(lán)色澤不是得自海洋，而是染自天空。而對(duì)大氣電場(chǎng)探測(cè)的不僅具有廣泛的現(xiàn)實(shí)意義，更能夠拓寬人類(lèi)的視野和認(rèn)知邊界，提高人類(lèi)的自我認(rèn)知，推動(dòng)整個(gè)人類(lèi)社會(huì)向更加進(jìn)步和發(fā)展的方向前進(jìn)。
