制限事項 雷検知に使用される各システムにはそれぞれ限界がある。[ 2 ]
地上設置型の雷観測ネットワークは、許容範囲内の誤差で雷の位置を特定するために、少なくとも3つのアンテナで雷を検出できる必要があります。しかし、このため、雲間雷はしばしば検出されません。これは、一方のアンテナが雷の発生源となる雲の位置を検出し、もう一方のアンテナが雷を受信した雲の位置を検出する可能性があるためです。結果として、地上設置型ネットワークは、特に雲間雷が頻繁に発生する嵐の初期段階で、雷の数を過小評価する傾向があります。 複数の地点と飛行時間検出方式を用いる地上システムでは、着弾地点とタイミングデータを収集して位置を算出する中央装置が必要となる。さらに、各検出ステーションには、計算に使用する高精度タイミング源が備えられていなければならない。 移動式検出器は三角測量ではなく減衰を利用するため、近くで発生した弱い雷光を遠くで発生した強い雷光と誤って判定したり、その逆の判定をしてしまうことがある。 宇宙空間に設置された雷ネットワークは、これらの制約のいずれも受けないが、そこから得られる情報は、広く利用可能になる頃には数分前の情報であることが多く、航空航法などのリアルタイムアプリケーションには利用価値が限られる。
雷探知機 vs. 気象レーダー 雷雨のライフサイクル と気象レーダーによる関連反射率 雷雨の中および周辺における電荷分布と落雷 雷探知機と気象レーダーは 連携して嵐を検知します。雷探知機は電気活動を、気象レーダーは降水量をそれぞれ示します。これらの現象はどちらも雷雨と関連しており、嵐の強さを判断するのに役立ちます。
不安定な大気の状態により、空気が上昇している。 結露が発生し、レーダーが地上（着色された領域）上で反射波を検出する。 やがて、雨粒の質量が上昇気流によって支えきれなくなり、地上へと落下する。 雷が発生するには、雲が一定の垂直方向の発達段階に達する必要があるため、一般的に、気象レーダーは雷探知機よりも先に発達中の嵐を検知します。しかし、初期のレーダー画像から、にわか雨雲が雷雨に発達するかどうかが必ずしも明確になるとは限りません。また、気象レーダーは減衰 によるマスキング 効果の影響を受けることがあり、レーダーに近い降水が、遠くにある（おそらくより激しい）降水を隠してしまうことがあります。雷探知機はマスキング効果の影響を受けないため、にわか雨雲が雷雨に発達したかどうかを確認できます。
雷は、レーダーで記録された降水域の外側で発生することもあります。2枚目の画像は、雷が積乱雲の金床（上空の風によって積乱雲の 前方に吹き出された上部）または降雨帯の外縁で発生した場合に、このような現象が起こることを示しています。どちらの場合も、近くのどこかにレーダー反射域が存在します。
航空用途 大型旅客機は、気象レーダーの方が雷探知機よりも使用されることが多い。なぜなら、気象レーダーは乱気流を引き起こすような比較的小さな嵐も検知できるからである。しかし、最新の航空電子機器システムには、安全性をさらに高めるために雷検知機能も搭載されていることが多い。
小型航空機、特に一般航空 では、雷探知機（しばしばラジオ大気探知機 の略で「スフェリックス 」と呼ばれる）の主なブランドは2つあります。1つは、元々はRyan（後にBF Goodrich）が製造し、現在はL-3 Communicationsが製造しているStormscope 、もう1つはInsightが製造しているStrikefinderです。Strikefinder は 、IC（雲内）およびCG（雲から地上）の落雷を検知して適切に表示できるだけでなく、実際の落雷と電離層で反射された信号の反射を区別することもできます。雷探知機は安価で軽量であるため、軽飛行機（特に、機首にレドームを取り付けることができない単発機） の所有者にとって魅力的です。
プロ仕様の携帯型雷探知機 博物館の中庭にある落雷カウンター 安価な携帯型雷検知器や、航空機などで使用されるような単一センサーの雷マッピング装置には、 誤検出 や感度の低さなど、特に 雲内雷（IC雷） に対する限界があります。プロ仕様の携帯型雷検知器は、互いに効果を高め合う複数の技術によってこれらの性能を向上させ、その効果を増幅させています。
誤信号の除去：雷放電は、AMラジオで「静電気ノイズ」として一般的に感じられる無線周波数（RF）電磁信号 と、目に見える「閃光」を構成する非常に短い持続時間の光パルスの両方を生成します。これらの信号のうちの1つだけを感知して動作する雷検出器は、雷以外の発生源からの信号を誤って解釈し、誤警報を発する可能性があります。具体的には、RFベースの検出器は、RFノイズ（RF干渉 またはRFIとも呼ばれる）を誤って解釈する可能性があります。このような信号は、自動車の点火装置、蛍光灯、テレビ、照明スイッチ、電気モーター、高電圧線など、多くの一般的な環境発生源によって生成されます。同様に、光閃光ベースの検出器は、窓からの反射、木の葉を通しての日光、通過する車、テレビ、蛍光灯など、環境内で発生するちらつき光を誤って解釈する可能性があります。 しかし、RF信号と光パルスは雷によって発生する場合を除いて同時に発生することはまれであるため、RFセンサーと光パルスセンサーは、出力を生成するために両方の種類の信号を同時に必要とする「同時回路」で接続すると便利です。 [ 3 ] フェリックス 」信号の両方を利用するデュアル信号ポータブル雷検出器が開発されました。
感度の向上：従来、地上で使用する安価な携帯型雷探知機と高価な航空機搭載型雷探知機は、低周波放射を検出していました。これは、低周波では雲から地上への雷（CG雷） によって発生する信号がより強く（振幅が大きい）、検出しやすいためです。しかし、RFノイズも低周波では強くなります。RFノイズの受信を最小限に抑えるため、低周波センサーは低感度（信号受信閾値）で動作するため、弱い雷信号は検出されません。信号強度は距離の二乗に反比例して減少するため、これにより遠距離での雷の検出能力が低下します。また、一般的にCG雷よりも弱い雲内放電（IC雷）の検出も低下します。 強化された雲内雷検出：光学センサーと同時検出回路の追加により、RFノイズによる誤報が排除されるだけでなく、RFセンサーの感度を高め、雲内雷に特徴的な高周波を感知できるようになり、雲内信号の弱い高周波成分や遠方の閃光も検出できるようになります。 上記で説明した改良により、検出器の有用性は多くの分野で大幅に拡大する。
早期警報：ICフラッシュの検出は重要です。ICフラッシュは通常、CGフラッシュの5～30分前に発生するため、発達中の雷雨をより早く警告することができ、CGのみの検出器と比較して、個人の安全確保や嵐の発見における検出器の有効性を大幅に向上させます。感度の向上により、より遠くにあるものの、ユーザーに向かって移動している可能性のある既に発達した嵐についても警告することができます。 嵐の位置特定：日中でも、「ストームチェイサー 」は、個々の雲に向けて指向性光学検出器を使用することで、遠くから雷雲を識別することができる。これは、 竜巻 を発生させる最も強い雷雨を特定する上で特に重要である。なぜなら、そのような嵐は、弱い非竜巻性の嵐よりも、より多くの高周波放射を伴う、より高い頻度の閃光を発するからである。[ 4 ] ： マイクロバースト予測: IC フラッシュ検出は、マイクロバーストを 予測する方法も提供する。[ 5 ] : [ 6 ] : 潜熱 を放出して上昇気流を駆動する。すべての水が氷に変化すると、上昇気流は急速に崩壊し、雷の発生率も低下する。このように、主に氷間放電によって雷の発生頻度が急増し、その後急速に減少するという現象は、ダウンバーストで粒子を下方へ運ぶ上昇気流の崩壊を示す特徴的な兆候である。氷の粒子が雲底付近でより暖かい温度に達すると融解し、大気を冷却する。同様に、水滴も蒸発し、冷却を引き起こす。この冷却によって空気密度が増加し、それがマイクロバーストの原動力となる。雷雨の近くでよく見られる「突風前線」の冷たい空気は、このメカニズムによって引き起こされる。嵐の識別/追跡: IC 検出と観測によって識別される雷雨の中には、 CG フラッシュを発生せず、 CG センシング システムでは検出されないものもあります。 IC フラッシュは CG フラッシュよりも何倍も頻繁に発生するため[ 4 ] : 直径が約 5 km のセルを識別できません。嵐の後半段階では CG フラッシュ活動は減少し、嵐は終わったように見えるかもしれませんが、一般的には残留中高度および高高度の巻雲の金床雲ではまだ IC 活動が続いているため、CG 雷が発生する可能性は依然として存在します。 嵐の強度の定量化: IC検出のもう1つの利点は、フラッシュ率(1分あたりの数)が雷雲内の上昇気流の対流速度の5乗に比例することです。[ 6 ] : [ 7 ] 竜巻予測：竜巻を発生させる激しい嵐は、非常に高い落雷率を持つことが知られています[ 5 ] ： 51 [ 8 ] [ 9 ]。 [ 10 ]。
雷の範囲推定 単一の場所でRF雷信号が検出された場合、交差ループ磁気方向探知機 を使用して方向を特定できますが、距離を特定するのは困難です。信号の振幅を使用して距離を推定する試みが行われてきましたが、雷信号の強度は大きく変動するため、この方法はあまり効果的ではありません。そのため、振幅を使用して距離を推定すると、強い閃光は近くにあるように見え、同じ閃光、あるいは同じ雷雨セルからの弱い閃光からの弱い信号は遠くにあるように見えることがあります。予測精度を向上させるために、空気中の電離度を測定することで、半径1マイル以内のどこに雷が落ちるかを予測できます。
雷検出のこの側面を理解するには、雷の「閃光」が一般的に複数のストロークから構成されていることを知る必要があります。CG フラッシュの典型的なストローク数は 3 ～ 6 ですが、10 を超えるストロークを持つフラッシュもあります。 [ 11 ] :
航空機には単一センサー雷検出器が使用されており、交差ループセンサーから雷の方向を判定することはできますが、上記のように個々の雷撃間で信号振幅が変化するため、距離を確実に判定することはできません 。 [ 11 ] ： [ 12 ] kHz未満）で動作します。しかし、センサーがフラッシュの近くにない限り、高周波（HF）帯域（最大30MHz ）にかなりのエネルギーを持つIC放電からの微弱な信号は検出できません。
VLF雷受信機のもう1つの問題は、電離層からの反射波を拾ってしまうため、100 km離れた雷と数百 km離れた雷の距離の違いを判別できない場合があることです。数百 kmの距離では、反射信号（「スカイウェーブ」と呼ばれる）が直接信号（「地表波」と呼ばれる）よりも強くなります。 [ 13 ]
地球電離層導波管は、 電磁波VLF およびELF を捕捉します。落雷によって送信された電磁パルスは、この導波管内を伝搬します。導波管は分散性を持つため、その群速度は 周波数に依存します。隣接する周波数における落雷パルスの群時間遅延の差は、送信機と受信機の間の距離に比例します。方向探知法と組み合わせることで、単一の観測所で落雷 発生源から最大10000 kmの距離まで落雷の位置を特定できます。さらに、地球電離層導波管の固有周波数 である約7.5 Hzのシューマン共振は 、地球規模の雷雨活動を決定するために使用されます。[ 14 ]
単一のセンサーで雷までの距離を取得することが困難であるため、現在雷の位置を特定する唯一の信頼できる方法は、センサー間の到着時間の差や異なるセンサーからのクロス方位を利用して、地球表面の領域をカバーする間隔を空けたセンサーの相互接続ネットワークを使用することです。現在米国で運用されているいくつかの全国ネットワークは、CG フラッシュの位置を提供できますが、IC フラッシュを確実に検出して位置を特定することはできません。 [ 15 ] 雷マッピング アレイ と呼ばれています。これらは通常、直径 30 ～ 40 マイルの円をカバーします。
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