雷电灾害对气象观测设备的影响及其防御对策

摘要：雷电灾害作为一种自然现象，对气象观测设备具有较强破坏性。气象设备在雷电频发的地区易遭受电压浪涌、雷击、感应损害等多方面的威胁，不仅会导致设备直接损坏，还会影响到数据可靠性和设备长期耐用性。本文分析了雷电灾害对气象观测设备的主要影响，并提出了一系列有效的防御对策，包括安装防雷接地系统及保护装置、采用数据备份和冗余存储系统、安装电磁屏蔽装置以及使用耐雷材料和定期维护等措施，以期显著提高气象设备的抗雷电灾害能力，保障气象观测的连续性与准确性。

关键词：雷电灾害；气象观测设备；防御对策

引言：气象观测设备是气象监测与预警系统中的核心组成部分，其稳定运行对天气预报、灾害预警以及科研工作起到举足轻重的作用。然而，气象设备常常处于开阔、高风险区域，容易暴露于雷电灾害的直接影响中，其设备硬件、数据传输、存储系统等容易受到雷电的严重干扰。因此，如何有效防范雷电灾害对气象设备的影响，已成为气象设施安全管理和技术保障的重要课题。

一、雷电灾害对气象观测设备的影响

（一）设备硬件损坏

雷电所产生的强电流和电压浪涌能够通过电力线、信号线或者设备外部直接作用于气象观测设备，造成严重的硬件损坏。雷电放电时，释放出极高能量，瞬间产生的电流和电压极为强大，这些强电流会通过接地系统、电缆线、信号传输线路等传播到气象设备中。设备内部的电子元件、微处理器和电路板容易因电压突变而短路或烧毁，直接导致硬件失效。在部分极端情况下，雷击甚至会摧毁设备关键功能部件，如自动气象站的传感器、天线、电池和数据记录设备等[1]。

（二）数据丢失损坏

实时数据采集传输是气象设备的核心功能之一。雷电灾害不仅对硬件设备造成损坏，还会导致数据丢失或损坏。雷击引发的电压波动或电磁干扰，容易导致设备内部存储单元（如硬盘、内存卡等）遭到损坏，继而使得数据丢失或系统崩溃。尤其是在雷电频繁的区域，气象数据损失会直接影响到气象预警的及时性与准确性。此外，雷电产生的电磁脉冲（EMP）会干扰设备数据传输通道，导致传输中的数据丢失、错误等。这种干扰尤其在无线传输设备中更为常见，使得气象数据完整性受到影响。

（三）雷电感应损害

雷电虽然可能不会直接击中气象设备，但其电场和磁场的强烈波动会通过电磁感应影响到周围设备。雷电产生的强电磁场会在气象设备的电缆、线路及内部电路中产生感应电流，电压浪涌会使得设备在未被直接雷击的情况下因为电源或信号线路传导造成内部电流不稳定，进而致使电子元件受损或出现功能故障。例如，传感器的精密元件、数据采集模块、控制单元等，容易由于电磁感应损害导致功能异常甚至失效。感应损害的特点在于其不易察觉，且可能是间歇性的、长期累积性的，造成设备性能逐渐下降。

（四）长期耐用性降低

雷电灾害频繁发生的地区，气象设备在雷击、感应干扰等反复影响下，其长期耐用性会显著降低。雷电带来的电气冲击、设备老化以及电子元件的疲劳性损伤，都会导致气象设备稳定性下降。长此以往，设备故障率将增高，维修成本增加，设备服务周期缩短。此外，频繁的雷电灾害可能还会影响设备的其他物理性能，如电池容量下降、传感器精度降低等，不仅会增加设备的维护难度，也可能导致气象数据准确性受到威胁，进而影响气象观测质量[2]。

二、雷电灾害对气象观测设备影响的防御对策

（一）安装防雷接地系统及保护装置

防雷接地系统应根据气象设备的规模和安装环境进行设计，确保设备能够将雷电流导入地下，避免雷电电流通过设备本身造成严重损坏。接地电阻应符合国家相关标准，接地网布设应覆盖设备周围一定范围，合理配置接地引下线与接地极，确保接地系统可靠有效。在电源系统中安装必要的防雷保护装置，尤其是对供电线路、信号传输线路等核心模块要采取相应的雷电保护措施。在气象观测设施外部，应设置避雷针、避雷网等，并根据设备高度、位置、周围环境特点等进行合理设计，确保其能够在雷电发生时及时引导雷电流流向接地系统。避雷网布设应与接地系统相结合，形成统一防雷网络，有效分散雷电能量。

（二）采用数据备份和冗余存储系统

为避免因雷电灾害导致的数据丢失，可采取定期数据备份和冗余存储方案。定期将气象设备的关键数据备份至云存储、独立硬盘或其他安全存储介质中，即使设备因雷电灾害发生故障，备份数据也能够确保不丢失，且能够快速恢复。具体来说，可使用RAID（冗余磁盘阵列）技术在多个硬盘上存储相同数据，即使某个硬盘发生故障，数据仍然可以从其他硬盘中恢复。此外，气象观测系统还应具备实时数据同步功能，确保数据及时更新与备份，防止因存储设备的突然损坏导致数据缺失或系统停滞。

（三）安装电磁屏蔽和电气隔离装置

为防止雷电引起电磁感应损害，气象设备应采用电磁屏蔽技术，在设备外壳和电缆中使用金属屏蔽层，减少雷电引发的电磁脉冲对设备内部电路的影响。针对气象设备的敏感部件。电磁屏蔽材料通常选用高导电性的金属网状或薄膜材料，将设备的外部环境与内部分隔开。

此外，也需安装电气隔离装置，使用隔离变压器、光纤传输系统等方式将雷电流或高电压从外部电源或信号线路隔离开，确保雷电活动不会通过电源或数据链路直接进入气象设备。尤其是要在雷电频繁的地区采用双重电气隔离措施，为设备电力输入、信号输出以及数据传输等线路加装隔离器，最大限度避免雷击引起的电气损害。

（四）使用耐雷材料并定期检修维护

在气象设备外部结构和关键部件的材料选择上，要优先选用具有良好耐雷性能的材料。例如，传感器外壳、电缆保护层等部件应采用耐高压、耐腐蚀的金属材料或高强度的绝缘复合材料；在电缆线路的设计中应选用耐雷击的防护电缆；气象设备的连接部分（如接线端子和接头）应使用防雷等级较高的材料，确保在雷电发生时能够有效隔离电流，避免电流通过电缆传输至设备内部。建立气象观测设备定期检查维护制度，尤其是针对电缆、接头、外壳等重要部位需严格检测耐雷材料是否完好，发现破损或老化现象时应及时更换修复。

结语

雷电灾害对气象观测设备的影响深远且复杂，直接损坏、数据丢失、电磁干扰以及长期耐用性降低等问题都需要引起足够重视。通过安装科学合理的防雷设施、采用冗余存储和数据备份策略、加强设备电磁屏蔽与隔离、并定期进行维护检修，可显著降低雷电灾害对气象设备的影响，从而为气象设备的抗雷电能力提供有力保障，进而提升气象服务质效。

参考文献：

[1]李振刚.雷电灾害对气象观测设备的影响及其防御对策[J].农业灾害研究，2023，13（08）：314-316.

[2]李锦顺，刘洋，张劲.探析气象观测设备雷电灾害防御关键技术的应用[J].农业技术与装备，2021，（10）：143-144.