Blixtlokalisering

Med blixtlokalisering definierar man tidpunkten och platsen där blixten slog ner i realtid med ett automatiskt mätsystem. Då kan de lokaliserade blixtarna läggas på kartbotten och möjligtvis presenteras tillsammans med t.ex. nederbördsradarbilder. 

Blixtlokaliseringsinformationen används i huvudsak vid identifieringen av åskmoln och vid övervakningen av deras rörelse. Blixtlokaliseringsinformationen bildar ett utmärkt verktyg tillsammans med radarbilden för korttidsprognoser (1…2 timmar), som baserar sig på att de redan observerade åskmolnen fortsätter på sin bana från dåvarande stunden en kort tid framåt.

Ett noggrant blixtlokaliseringssystem möjliggör även undersökningen av blixtskadefall, då man som bäst kan man avgöra blixtnedslagets plats med några hundratals meters noggrannhet. Ifall det sker skada till egendom, vet man händelseplatsen på basen av det. Blixtlokaliseringssystemet kan ändå visa ifall skadan var orsakad av en blixt eller hurdan typs blixt orsakade skadan. Å andra sidan, om skadeplatsen är en lång elledning, kan man med hjälp av blixtlokaliseringsinformationen hitta det sannolika stället där skadan skett, så länge man förutsätter att skadan är direkt orsakad av en blixt. I det senare fallet söker man alltså blixtar som kan lokaliseras till elledningen under den specifika åskstormen.

På basen av blixtlokaliseringsinformationen räknar man också statistik med genomsnittliga markblixtintervall, med vilket man kan uppskatta risken som åskan och blixtarna orsakar på en viss region. Att få användbar statistik tar ändå en lång tid (10…30 år), då åskan är som väderfenomen mycket lokalt och den geografiska spridningen varierar kraftigt från sommar till sommar. Därför kan man inte på basen av några åsksäsonger dra slutsatser om det genomsnittliga åskklimatet. Åskklimatet, lika som vanliga väderklimatet, är även under konstant förändring.

NORDLIS blixtlokaliseringsnätverk

Meteorologiska institutets blixtdata kommer från det gemensamma nordiska NORDLIS-blixtlokaliseringsnätverket. Till nätverket hör sensorer i Norge, Sverige, Finland och Estland. Lokaliseringssystemet täcker hela detta område och relativt bra även arean upp till 500 kilometer utanför sensornätverket.

Observationerna innehåller nästan alla markblixtar och en del av molnblixtarna. Molnblixtarnas detekteringseffektivitet är klart svagare än markblixtarnas. De mest centrala parametrarna som lokaliseraren meddelar är blixtarnas tidpunkt och platsinformation. Systemet informerar även bl.a. en uppskattning på blixtens toppladdning (blixtladdningens maximivärde; kA) och på lokaliseringsnoggrannheten.

De olika blixttyperna

Markblixt

Blixt som träffar marken eller vatten. Blixtströmmen stannar i marken. 

Molnblixt

En blixt, vars urladdningskanal inte har kontakt med marken. Slår innanför åskmolnet, från moln till luft utanför eller mellan två åskmoln.

Markblixt med positiv laddning

En positiv elektrisk urladdning från moln till marken.

Marblixt med negativ laddning

En negativ elektrisk urladdning från moln till marken.

Hur fungerar ett blixtlokaliseringssystem?

Blixtlokalisering är till sin karaktär radiolokalisering, där själva blixten fungerar som radiosignalens strålande antenn.

Sensorerna som tillhör blixtlokaliseringsnätverket rapporterar den mottagna blixtsignalens riktning och mottagningstidpunkt till centralenheten. Centralenheten beräknar blixtens position genom informationen från sensorerna. Det är typiskt att 4…6 sensorer samlar data om ett enskilt blixtnedslag och den rapporterade platsen är resultatet av en optimeringsalgoritm.  Detta förbättrar lokaliseringens precision och pålitlighet, för att det finns fler sensorobservationer än det rent matematiskt skulle behövas för beräkningen av blixtens läge.

Lokaliseringsalgoritmen använder både bäringen (azimutvinkeln) som sensorerna rapporterar och den exakta tidpunkten då signalen registrerades för att beräkna blixtens position. I princip kan blixten lokaliseras med rimlig noggrannhet med enbart triangulering och det behövs observationer från enbart två sensorer.

Alla sensorer har en klocka som baserar sig på GPS-systemet, med vilken sensorns tidsnoggrannhet är bättre än 1 μs (mikrosekund: 0,000001 s). En radiovåg avancerar ungefär 300 meter på en mikrosekund, så lokalisering som är baserad på tidsskillnader ger möjligheten att lokalisera blixtar med några hundra meters noggrannhet som bäst. En ren tidsskillnadsmätning kräver ändå flera sensorobservationer, från minst fyra sensorer, före blixtens position kan entydigt beräknas. 

Systemet som Meteorologiska institutet har i burk använder båda ovannämnda lokaliseringsmetoder samtidigt vilket ger det bästa möjliga resultatet både när det gäller observationseffektiviteten och lokaliseringsnoggrannheten. I praktiken observerar man en stark (land-) blixt med ett större antal sensorer och därmed får man oftast läget noggrant bestämt. Å andra sidan observeras svaga molnblixtar endast med två sensorer närmast blixten och då finns det mycket osäkerhet i lokaliseringen.

Blixtlokaliseringsinformationens kvalitet 

Blixtlokaliseringssystemen beskrivs ofta med två kvalitetsparametrar, lokaliseringseffektivitet och lokaliseringsnoggrannhet. Med dessa syftar man på observerade blixtarnas antal i förhållande till egentliga antalet blixtar samt oklarheter relaterade till bedömningen av blixtarnas träffpunkt. 

Lokaliseringseffektiviteten är mycket svår att bedöma i praktiken, eftersom blixtarnas egentliga antal inte brukar vara känd. I ansträngande forskningsprojekt har man använt (inte i Finland) mastmätningar, videoregistrering och blixtslag igångsatta med hjälp av en raket. Man bör separera markblixtar och molnblixtar då man diskuterar lokaliseringseffektivitet, för att största delen av lokaliseringssystemen har klara skillnader mellan dessa två blixttyper. Svaga molnblixtutbrott är väsentligen svårare att observera än starkare markblixtar. 

Marblixtarnas lokaliseringsnoggrannhet är i typiskt under 1 km i Finland, men lokaliseringsnoggrannheten varierar från en lokalisering till en annan. För molnblixtarnas del är felbedömningarna ofta större, men å andra sidan kan man inte heller bedöma deras position på en punkt (ingen markkontakt).

Då man talar om lokaliseringsnoggrannhet är det bra att notera, att en blixt är i sin helhet en massiv tredimensionell elektrisk urladdning, som är flera kilometer hög och bred. Därmed kan man inte beskriva blixtens exakta position med en koordinat på markytans nivå. Då man diskuterar positionen av en markblixt, syftar man alltid på blixtens träffpunkt på markytan. I detta fall har vi en specifikt definierad punkt, som dessutom är den som har någon relevans med tanke på blixtskador som människor lider av.