0 引言

云体与大地相接触的放电现象称为地闪，是一种宽频带强脉冲放电。强脉冲电流通过主放电通道产生静电、磁感应、传导及电磁辐射等电磁效应。地闪的电磁效应会对地震前地球物理观测造成干扰（李雪华等，2012），在进行数据预处理时，需有效识别并予以剔除。

地闪造成的干扰不易识别。2015年3月17日，崇明地区出现雷雨天气，电磁扰动、大地电场和水位测项同时记录到明显不同于背景噪声的信号，起初被误判为地球物理异常信息，由此展开大量分析工作。后期根据上海市气象局提供的精确地闪资料，综合台站环境条件，最终判定该信号为地闪造成的干扰。由此可见，对地闪干扰进行可靠的分析与总结，可为今后此类干扰识别提供参考，从而避免误判事件发生，节约不必要的人力、物力支出。

1 资料选取

据上海市气象局地闪资料统计，2009—2015年崇明地区共发生地闪54 642次，文中选取落点在崇明台5 km范围内的2 474次地闪作为研究对象。所选地闪发生在107天内，而1 min内往往发生多次地闪，由于授时精度等问题，无法将各测项采样数据出现的干扰与某次地闪对应。因此，选择崇明台大地电场、地磁、水温、水位和电磁扰动测项在对应的107天内记录的连续观测数据，分析地闪造成的干扰。

2 比对结果

由于缺少自动识别比对技术，在查找是否存在地闪干扰过程中采用人工比对方法。具体方法如下：绘制地闪发生日各测项图形，人工查看有无突跳等变化，如有变化，查看时间是否一致，以判定干扰是否与地闪有关。

2.1 干扰发生率

对比崇明台大地电场、地磁、水温、水位和电磁扰动测项107天内观测数据曲线，发现除水温测项外，均受地闪干扰，且发生率（地闪干扰出现的天数与107天的比值）较高，比对结果见图 1，其中磁扰动受地闪干扰天数最多，比例高达72.90%，地磁、电扰动、水位、大地电场测项地闪干扰发生率分别为57.94%、53.27%、42.06%、39.25%。

2.2 干扰形态

大地电场、电磁扰动、水位和地磁均受到地闪干扰，且干扰形态不尽相同。

（1）大地电场。地闪对大地电场各测道干扰形态基本一致，可分为初始、中段和末尾3段，见图 2，其中：初始和末尾为数分钟的缓慢抬升或下降，中段为不规则震荡；长极距干扰幅度可达数千mV/km，明显大于短极距，二者比值可达数倍甚至数十倍（图 2）。

（2）电磁扰动。地闪对电磁扰动干扰主要表现为单向增大的突跳，跳动幅度较正常背景变化大，且磁扰动受干扰程度大于电扰动。干扰时段数据整体有所抬升，变化形态如一座有很多峰岭的山（图 3）。

（3）地磁。地闪发生时，地磁分采样观测数据可能受到多次地闪作用的叠加，秒采样数据则可能受到单次地闪或多次地闪叠加的作用，干扰曲线见图 4。由图 4可见：对于秒采样数据，地闪干扰呈单点突跳，正负方向均有，不规则散布于干扰时段，除突跳外数据无整体变化，且水平向干扰幅度较大于垂直向；对于分采样数据，地闪干扰不明显。

（4）水位。地闪出现期间，水位观测数据曲线干扰形态为突跳，有时会出现阶跃，但阶跃变化大多与气压变化有关，与地闪关系不大。

2.3 干扰分析

地闪是经常且连续发生的瞬时放电，对各测项干扰形态不同，造成的干扰原因也不同。

（1）地闪对电、磁等测项的影响。磁测项比电测项更易受地闪干扰，原因如下：①测磁仪器灵敏度相对较高；②不同传播介质中电磁场衰减程度各异。地闪产生的电场主要在大地中传播，产生的磁场主要在空气中传播，因电场衰减程度远大于磁场，所以台站地电场仪接收到的干扰相对较弱。

在电磁扰动上，地闪干扰表现为正向测值增大，不仅有大幅跳动，而且跳动幅度大体呈现由小到大、由大到小的变化过程，与雷雨云团渐近、过顶和渐远的过程一致。由此推断，地闪干扰程度的大小与观测点和地闪落地点之间的距离成反比。

地闪对地磁和大地电场造成的测值变化有正有负，这是因为，地闪有正负之分，且地闪的落点和电流强度较大。通常，对地放电过程是将云内负电荷输送到地面的负极性放电，即负地闪，但也有一些放电将云内的正电荷输送到地面，这种现象称为正地闪。地闪的电流强度可达几万甚至几十万安培，产生的电磁场变化较大，在距离地闪落地点较近的观测点，自然电场和磁场变化可能会被完全淹没，此时测值变化方向由地闪的正负向决定。

（2）地闪对水位、水温测项影响。地闪只是一个放电过程，不可能直接导致水位发生变化，水位观测曲线中出现的渐变阶跃可能是气压和气温突变的结果（邱永平，2003），突跳则可能是仪器电路受电磁干扰引起的失真。崇明台水温测项未受地闪干扰，可能是因为水温仪抗电磁干扰能力较强，或防护措施到位，也可能与观测井深度有关（邱永平, 2003, 2004）。

3 与其他干扰对比分析

为了深入理解地闪对地球物理观测的影响，以地磁观测为例，从影响幅度和持续时间，对比分析地闪、高压直流输电及磁暴对地磁场的影响。

（1）高压输电线路因不平衡电流产生较大附加磁场，对输电线两侧较大范围内地磁观测产生影响。通常，高压直流输电干扰形态以台阶为主，干扰持续时间2—3小时，干扰幅度为几到几十纳特不等（陈健等，2016）。

（2）磁暴是剧烈的全球性地磁扰动现象，是一种重要的磁扰变化类型。磁暴干扰一般持续2—3天，变化幅度几十纳特（姚休义等，2018）。

（3）地闪对地磁观测产生的影响相对较小，地闪干扰的形态为单点突跳，一般幅度较小，不到10 nT，干扰时长与雷雨天气的持续时间有关。

4 结论

地闪对地球物理观测形成的干扰是放电产生的电磁场作用结果。非电磁类测项不受地闪直接干扰，可能因仪器电路受电磁影响而受到间接干扰，此类间接干扰可通过改善仪器电气性能或防护措施得以避免。电磁类测项受地闪直接干扰难以避免，同样可能受到间接干扰。电磁测项受干扰强度与地闪电流强度成正比，与地闪距离成反比。干扰在各测项呈现的形态，除与测项本身测量的物理量有关，与数据采样率也有关系。与电磁扰动相同，地闪干扰形态表现为单向突跳，有时整体抬升。因此，在实践中，除掌握较为精确的地闪发生时间，还需要多个测项相互印证及过往案例作为参考，才能准确判定干扰类型。