之前我們以問(wèn)答的形式介紹了大氣電場(chǎng)科普｜帶你認識大氣電場(chǎng)，點(diǎn)擊藍字回顧。大氣電場(chǎng)探測技術(shù)的發(fā)展歷程，不僅見(jiàn)證了人類(lèi)對于天空之謎的不斷探索和認知，更為我們揭示了一系列前所未知的自然規律和現象。從過(guò)去到現在，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)現呢？讓我們一起來(lái)探討大氣電場(chǎng)探測的過(guò)去、現在和未來(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(zhù)科技的不斷發(fā)展，20世紀60年代以來(lái)，從雷暴和閃電引起大氣電場(chǎng)變化的機理，到把大氣電場(chǎng)用于反演和監測，大氣電場(chǎng)探測技術(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。在尋常的日子，平坦的曠野或海洋上，當從地面垂直上升時(shí)，電勢將每米增加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)探測方法是電勢差法，它利用電場(chǎng)作用在金屬電極上的電荷間產(chǎn)生電勢差，并通過(guò)電壓計等設備進(jìn)行測量。電勢計儀器的測量精度較低，但為后來(lái)的大氣電場(chǎng)探測技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎。
電場(chǎng)線(xiàn)與等勢面分布關(guān)系
探空儀法是空間大氣電場(chǎng)探測的主流方法之一。該方法通過(guò)在探空儀上安裝電場(chǎng)傳感器，實(shí)現對大氣電場(chǎng)的連續測量。探空儀可以通過(guò)氣球或飛機等載體被懸掛或搭載到大氣層中，在運動(dòng)中實(shí)現大氣電場(chǎng)的空間分布測量。
探空儀
雷達散射儀利用雷達波在大氣中的傳播特性，通過(guò)將雷達波束發(fā)射到大氣中，利用電離層中自由電子的存在，使得雷達波束在離散點(diǎn)上發(fā)生散射，并測量雷達回波信號的時(shí)間和功率等參數，從而反推出大氣電場(chǎng)的分布。
雷達散射截面積
對于空間地面電場(chǎng)的測量?jì)x器主要是為大氣電場(chǎng)儀，大氣電場(chǎng)儀根據導體在電場(chǎng)中產(chǎn)生感應電荷的原理,能夠長(cháng)時(shí)間連續測量大氣電場(chǎng)的強度和極性,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
現在
至今我們知道降水、云霧、大風(fēng)、雷電、地震等現象都會(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)與其他參數進(jìn)行對比研究?？梢?/span>應用于自然災害預警和監測，在雷電預警方面，雷暴的來(lái)臨進(jìn)行提前預報，在雷電來(lái)臨之前，采用適當的措施來(lái)保護人身安全、財產(chǎn)安全、有效降低風(fēng)險。
我國至2022年已經(jīng)建設2421個(gè)國家級氣象觀(guān)測站，幾乎都有設立大氣電場(chǎng)探測點(diǎn)位。由國務(wù)院科教領(lǐng)導小組確立建設的子午工程，其中包含黑龍江漠河站、武漢九峰站、長(cháng)春農安站、成都郫縣站、廣東肇慶站5個(gè)臺站，對大氣電場(chǎng)進(jìn)行數據采集并對其進(jìn)行處理、存儲、管理，提供數據分發(fā)、共享等數據服務(wù)，若是感興趣可以進(jìn)入
網(wǎng)址:https://data.meridianproject.ac.cn/data-directory/
查詢(xún)了解臺站從2010年起記錄儲存的大氣電場(chǎng)探測數據。
子午工程大氣電場(chǎng)儀所在各臺站的地理位置
子午工程數據中心網(wǎng)頁(yè)中大氣電場(chǎng)儀數據目錄
雖然目前已經(jīng)取得的進(jìn)展為我們更深入地認識和理解大氣電場(chǎng)的特性和變化規律提供了堅實(shí)的基礎。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,難以對大氣電場(chǎng)的變化規律進(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。
01
目前多數大氣電場(chǎng)觀(guān)測儀器是單站觀(guān)測，探測距離較小，只能對某一區域階段的雷暴云進(jìn)行探測，對雷暴云整體情況無(wú)能為力。
02
大氣環(huán)境中存在著(zhù)各種電磁輻射、地磁場(chǎng)和熱噪聲等干擾源，對大氣電場(chǎng)探測數據造成影響。
03
目前的大氣電場(chǎng)探測儀器對環(huán)境和信號的干擾具有一定的敏感性，導致測量結果存在一定的誤差。
04
數據的處理和分析需要采用一些高級的數學(xué)和物理方法，如逆問(wèn)題求解、時(shí)頻分析等，這些方法的準確性需要一定時(shí)間進(jìn)行驗證。
在技術(shù)的發(fā)展過(guò)程中，標準的制定是基石也是保障，中科飛龍團隊經(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)條件的國家標準，國軍標準和5項企業(yè)標準，目前正在提出MEMS電場(chǎng)傳感器IEC國際標準提案論證報告。大氣電場(chǎng)探測技術(shù)在不斷發(fā)展和創(chuàng )新，未來(lái)還將面臨更多的挑戰和機遇，中科飛龍團隊將通過(guò)不斷完善和發(fā)展電場(chǎng)探測技術(shù)和軟件研發(fā)以及數據應用方面的技術(shù)。
《MEMS電場(chǎng)傳感器通用技術(shù)條件》
（GB/T 35086—2018）
《電場(chǎng)傳感器通用規范》
（GJB）
《MEMS諧振電場(chǎng)敏感器件動(dòng)態(tài)特性測試方法》
（IEC或ISO/IEC JTC1）
《電場(chǎng)傳感器專(zhuān)用標定設備校準方法》
（Q/KDZ 0001—2012）
《KDC-W01型探空電場(chǎng)傳感器組件詳細規范》
（Q/KDZ30065—2012）
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未來(lái)
伴隨微電子器件和信息技術(shù)的廣泛應用，大氣環(huán)境和氣候變化的日益嚴峻，氣象災害對人類(lèi)生活的影響愈加嚴重。而對于大氣電場(chǎng)探測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)探測的發(fā)展方向主要集中在以下幾個(gè)方面。
01
設備組網(wǎng)：電場(chǎng)儀聯(lián)網(wǎng)可以增強大氣電場(chǎng)儀的功能和擴大電場(chǎng)的監測范圍，提高雷電的預警能力。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
多參數聯(lián)合探測：將多個(gè)參數的測量數據進(jìn)行聯(lián)合分析，更加全面地研究大氣電學(xué)現象。未來(lái)可能會(huì )開(kāi)發(fā)更多的多參數探測儀器，如同時(shí)測量大氣電場(chǎng)和大氣化學(xué)成分等的儀器。
03
高時(shí)空分辨率：隨著(zhù)科技的發(fā)展，大氣電場(chǎng)探測儀器的時(shí)空分辨率不斷提高。未來(lái)可能會(huì )開(kāi)發(fā)更高分辨率的探測儀器，以實(shí)現對大氣電場(chǎng)變化的更加精細的觀(guān)測和分析。
04
自動(dòng)化監測：未來(lái)可能會(huì )開(kāi)發(fā)更穩定的自動(dòng)化探測系統，以實(shí)現對大氣電場(chǎng)的實(shí)時(shí)監測和連續記錄，從而提高大電場(chǎng)研究的效率和精度。
05
數據處理與分析：隨著(zhù)數據采集技術(shù)的不斷發(fā)展，大量的大氣電場(chǎng)數據被采集和記錄。未來(lái)需要更多的數據處理和分析方法，以實(shí)現對這些數據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)現對大氣大氣電場(chǎng)更深入的理解和探索。
大氣，是地球擁有的最寶貴的禮物，地球的湛藍色澤不是得自海洋，而是染自天空。而對大氣電場(chǎng)探測的不僅具有廣泛的現實(shí)意義，更能夠拓寬人類(lèi)的視野和認知邊界，提高人類(lèi)的自我認知，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)。
