| 题名 | 高时间分辨率闪电放电过程的光电同步观测及地闪先导特征研究 |
| 作者 | 孔祥贞 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2008-05-16 |
| 授予单位 | 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所 |
| 授予地点 | 寒区旱区环境与工程研究所 |
| 导师 | 郄秀书 |
| 关键词 | 闪电 梯级先导 可见光辐射 电场变化 高速摄像观测 |
| 其他题名 | Optical and electric observations with high time resolution on the lightning discharge process and characteristics of leader process of cloud-to-ground lightning flashes |
| 学位专业 | 大气物理学与大气环境 |
| 中文摘要 | 对地放电（地闪）由于对人类造成的直接危害一直是闪电研究最重要的内容，而先导-回击过程则是地闪过程中最主要的物理过程，对其发生发展过程的研究对雷电灾害的有效防护具有重要的实际应用价值。本论文在对闪电放电过程进行高速摄像和电磁辐射观测的基础上，分析研究了不同极性的地闪放电特征，特别是对正、负地闪首次回击前的先导发展、传输过程和发展速度等进行了详细研究，并对地闪先导向地面发展过程中的接地分支状况及其诱发的回击特征进行了深入研究，得到以下主要研究结果： 利用成像率为1000 幅/s的高速摄像系统和电场变化测量仪获得了自然正地闪的光、电辐射资料。通过分析发现，下行正先导在向地面发展过程中其头部表现出发光较亮的光辐射特征，具有明显的类似于负先导的梯级特征。下行正先导的发光持续时间为4-24 ms， 2D平均速度为（0.3 – 2.0）×105 m/s。正先导在向地面发展的过程中速度逐渐增加，尤其是在到达地面前1 ms内的速度比其初始速度（104 m/s）可高一个量级，为105 m/s。大多数到达地面的主先导通道在到达地面的过程中没有形成新的分支。正地闪回击前1 ms内引起的地面电场变化也具有明显的类似梯级脉冲的特征，脉冲间的平均时间间隔为15-20 μs。通过对正地闪回击前较长时间的云内放电过程的个例分析发现，到达地面的接地通道是云内放电通道向地面发展的一个分支形成的，因此，该云内放电过程可认为是地闪先导的激发过程，为随后回击的发生提供条件。而对闪电活动的统计分析发现，正地闪的比例与云闪的发生比例成正比，这也说明正地闪的发生与云闪存在一定的联系。为进一步了解正先导通道内的变化情况，利用雷暴云二维轴对称电荷模式对发生在中部负电荷区与上部正电荷区之间的云闪放电过程中的正先导通道内的电势及电荷密度进行模拟，发现当中部的负电荷区上边界降到7 km处时有利于正先导向地面发展。 由于闪电的梯级先导在向地面发展的过程中通常具有多个分支，因此本论文对不同分支状况的梯级先导做了对比研究。闪电的多个分支有时会在较短的时间内到达地面，形成多接地点回击。多个接地分支在向地面发展过程中的速度相近，这是不同分支能够在相差较小的时间内到达地面形成多接地点回击的必要条件。当梯级先导通道有多个分支靠近地面时，其在回击前1 ms内引起的先导电场表现出脉冲束的特征，每个脉冲束又由2-3个孤立的单极性脉冲组成。而当仅有一个分支向地面发展时，其先导电场表现为孤立的单极性脉冲。因而，可以根据回击前1 ms内的梯级脉冲特征和回击电场的峰值特征对闪电接地点的数目进行推测，从而为仅根据电场变化来判断闪电回击接地点数目提供了一个新的方法。在所拍摄到的59次地闪中，有9次为多接地点回击闪电，平均几率为15％，其中广州的为11.8％，青海的为20％，山东的为11.1％-17.4％。 由于高原地区特殊的地理位置，其放电过程可能具有与其他地区不同的特征。通过对一次具有较长时间云内放电过程的高原负地闪的详细分析发现，其发生在雷暴云底部正电荷区和中部负电荷区之间。初始流光在云下发展时有很大的水平分量和较多的分支。负地闪在先导-回击前的云内放电过程也可成为随后的梯级先导的诱因。梯级先导的发展速度约为1 × 105 m/s。地闪回击后的K-变化有时会伴随有云下的空气放电现象，并伴随有类似M分量的发光现象。而对一次高原正地闪的研究发现，其先导的发光相对较弱，但在回击后的连续电流期间伴随有在雷暴云底部类似于“蛛状”放电通道的形成，水平发展速度为0.6-2.7 × 105 m/s。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2013-08-22 |
| 页码 | 120 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.casnw.net/handle/362004/21750]  |
| 专题 | 寒区旱区环境与工程研究所_研究生学位论文_学位论文 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 孔祥贞. 高时间分辨率闪电放电过程的光电同步观测及地闪先导特征研究[D]. 寒区旱区环境与工程研究所. 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所. 2008. |
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