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闪电放电不同阶段等离子体通道物理特性的研究

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闪电放电不同阶段等离子体通道物理特性的研究

作者：瞿海燕西北师范大学

学位级别：硕士

依据在西藏那曲地区由无狭缝光栅摄谱仪获得的闪电放电通道的光谱资料,选取3个多回击自然闪电过程的光谱,并将其中一次闪电放电过程的光谱与同步的电学观测相结合,首次讨论了光谱特征和通道温度与闪电放电特性、电流热效应的相关性。研... 详细信息

依据在西藏那曲地区由无狭缝光栅摄谱仪获得的闪电放电通道的光谱资料,选取3个多回击自然闪电过程的光谱,并将其中一次闪电放电过程的光谱与同步的电学观测相结合,首次讨论了光谱特征和通道温度与闪电放电特性、电流热效应的相关性。研究结果表明,多回击放电过程中,闪电光谱的结构有明显变化,一次闪电不同回击过程的通道温度有明显差异,闪电前期的温度通常较高,之后呈逐渐降低趋势;光谱总强度与辐射电场的变化幅度、放电电流的大小成正比。另外,通道温度与回击过程传输的能量正相关,但二者的变化幅度不具有固定的比例关系,反映了不同回击中通道电阻、热量的传导、辐射、回击通道的初始温度等因素的差异,也与电场和电流的变化不完全同步有关。这项工作为进一步的高时间分辨率闪电光谱试验以及闪电过程光电相关性的研究和物理机制的探讨提供了参考数据。在此基础上,依据在山东地区利用无狭缝红外摄谱仪获得的波长在760～970nm范围的闪电近红外光谱,通过中性原子(NI、OI)的辐射计算了每个闪电沿回击通道不同位置处的温度;首次讨论了红外辐射阶段闪电放电等离子体温度和光谱总强度沿放电通道的演化特征。结果分析表明,近红外光谱主要是闪电回击后期的辐射,不同闪电的光谱结构差异不大,通道温度较回击初期和发展阶段降低,约为16000K左右。地闪通道的温度和光谱总强度沿放电通道的变化趋势与回击前期基本一致,即同一放电通道内,随着高度的增加略呈减小趋势,在近地端最大,与云-地闪电过程的光学观测相吻合;云闪通道的温度和光谱总强度沿放电通道非单调性变化,在通道的拐弯、分叉以及结点附近二者发生突变。为闪电放电的低温低电流过程以及通道的冷却提供一些新的信息,对闪电过程物理机制以及伴随的化学效应的研究有重要的意义。

关键词：闪电放电多回击电场幅度光谱总强度通道温度近红外光谱

基于多种非感应起电参数化方案研究闪电放电频次、触发高度差异性

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电瓷避雷器 2019年第2期 74-78页

作者：李金龙中原油田分公司服务中心河南濮阳457001

基于已有的三维模式雷暴云起放电模式,对比分析GZ、TAK方案下闪电放电频次、正负先导的发展步数随时间的变化以及不同方案下闪电触发高度的差异性,研究表明:GZ方案中,无论是在垂直分布高度上还是在频次上,闪电触发频次较TAK方案少;与TA... 详细信息

基于已有的三维模式雷暴云起放电模式,对比分析GZ、TAK方案下闪电放电频次、正负先导的发展步数随时间的变化以及不同方案下闪电触发高度的差异性,研究表明:GZ方案中,无论是在垂直分布高度上还是在频次上,闪电触发频次较TAK方案少;与TAK方案相比,GZ方案下雷暴云电荷结构较弱,云闪发生频次较少且没有地闪出现; TAK方案下雷暴云中正先导从主负电荷区触发,传播更为频繁,正先导的步数发展也就越活跃,相比之下GZ方案中正先导传播步数较少。因此,非感应起电参数化方案的选取不同,使得对雷暴活动中起电、放电过程的研究均存在一定差异,本文研究结论对雷电微物理过程基础科学研究工作具有重要意义。

关键词：雷暴云起电机制电荷结构闪电放电

雷暴单体的对流强度对电荷结构和闪电放电的影响

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雷暴单体的对流强度对电荷结构和闪电放电的影响

作者：李雅雯南京信息工程大学

学位级别：硕士

不同类型、不同强度的雷暴云内电荷结构和闪电放电特征差异较大,形成原因复杂。为了讨论对流强度是否对于电荷结构和闪电放电特性具有重要影响,并对电荷结构和闪电放电的形成原因以及它们之间的关系做出合理解释。本文利用三维雷暴云动... 详细信息

不同类型、不同强度的雷暴云内电荷结构和闪电放电特征差异较大,形成原因复杂。为了讨论对流强度是否对于电荷结构和闪电放电特性具有重要影响,并对电荷结构和闪电放电的形成原因以及它们之间的关系做出合理解释。本文利用三维雷暴云动力-电耦合数值模式,通过改变中心最大扰动位温,设置敏感性试验组,探讨雷暴单体的对流强度对电荷结构和闪电放电特性的影响。结果表明:雷暴单体的对流强度随着扰动位温的增加而增强。雷暴对流强度不同,雷暴云空间电荷结构和闪电放电特征也出现明显差异。当对流较弱时,雷暴内电荷结构简单,只有主负电荷区和次正电荷区,无上部主正电荷区,且只有反极性云闪发生。在中等强度的对流雷暴中,雷暴内电荷基本呈正常三极性结构,主负电荷区有上、下两个明显的电荷中心,上部的中心电荷密度更大。在三极性电荷结构下,既有反极性云闪又有正常极性的云闪发生,也有起始于雷暴云底部次正和主负电荷区之间的负地闪,以及触发点在上部主正和中部主负电荷区之间的两次正地闪,其正先导向下传播的过程中能够穿出中部主负电荷区并绕过底部次正电荷堆最终发展到地面。在强雷暴单体中,除了正常的三极性结构以外,次正电荷区以下出现了小范围弱的负电荷区,云顶出现了负屏蔽层,从下到上呈现出正负交替的五层,是电荷结构最复杂的阶段。在此阶段,有起始于雷暴云底部负电荷区和次正电荷区之间的负地闪。这主要是由于云上部的正电荷区持续时间较长,电荷密度较大,增强了对周围大气中自由负电荷的吸引,在云顶部形成了负的屏蔽电荷层。同时,由于对流强,霰粒子可以得到更快的增长,固态降水增强,下沉气流中的霰通过与云滴的感应碰撞形成了次正电荷底部的短时弱负电荷区。但与超级单体相比,雷暴单体因对流强度有限,不易形成反极性电荷结构。

关键词：雷暴单体电荷结构闪电放电上升下沉气流起电机制对流强度水凝物

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闪电放电的防止

电力金具 2010年第2期51卷 32-34页

作者： Stelian Gal 庞涛（译）夏世超（校） Transelectrica公司

Transelectrica公司是罗马尼亚电力系统中输电系统部分的管理者。由它负责的输电线路延绵大约9000公里（5592英里）。该系统包括：154公里（96英里）的750kV线路、2876公里（1787英里）的400kV线路、4133公里（2568英里）的220kV线路以... 详细信息

Transelectrica公司是罗马尼亚电力系统中输电系统部分的管理者。由它负责的输电线路延绵大约9000公里（5592英里）。该系统包括：154公里（96英里）的750kV线路、2876公里（1787英里）的400kV线路、4133公里（2568英里）的220kV线路以及39公里（24英里）的110kV线路。其中有几条高压架空线路途经山区，经受了非常恶劣的气候条件，从冬天的白霜到夏天的雷暴雨。部分400kV线路和220kV线路段正好经过这样的区域，而且没有接地保护措施。

关键词：闪电放电 750kV线路 220kV线路 110kV线路高压架空线路输电系统电力系统罗马尼亚

闪电放电产生的中间层TLEs的数值模拟研究

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闪电放电产生的中间层TLEs的数值模拟研究

第十一届全国日地空间物理学术讨论会

作者：吴明亮蓄寄遥马瑞平空间天气重点实验室中国科学院空间中心空间天气重点实验室中国科学院空间中心空间天气重点实验室中国科学院空间中心

由闪电放电产生的瞬时发光事件（transient luminous events,TLEs, namely,high altitude lightning,HAL）,表明闪电放电产生的电磁场在对流层-低电离层间的直接耦合及其引起的物质和能量的输运。我们从麦克斯韦方程组出发,建立了闪电... 详细信息

由闪电放电产生的瞬时发光事件（transient luminous events,TLEs, namely,high altitude lightning,HAL）,表明闪电放电产生的电磁场在对流层-低电离层间的直接耦合及其引起的物质和能量的输运。我们从麦克斯韦方程组出发,建立了闪电放电产生的电磁场在对流层-低电离层之间耦合的电磁场模式（electromagnetic model,EM model）,研究了TLEs中sprite halo和ELVES的产生机制和时空特点.对比TLEs的观测结果和以前我门用准静电场模式（quasi electro-static model,QE model）研究red sprites的结果,表明ELVES为闪电放电产生的辐射电场脉冲引起的光辐射现象,出现的高度为85-95km,水平范围约600km,持续时间小于1ms,以超光速水平扩张,形状为环状结构（ring structure）。Sprites halo为闪电放电后雷暴云电荷和大气中的诱导电荷产生的准静电场引起的光辐射现象,高度为66-85km,水平范围约100km,持续时间为2-10ms,开始为椭球形,逐渐变为向上凹的“碗”的形状（upward concave shape）,具有向下运动的趋势,运动速度大约为107m/s.

关键词：闪电放电 TLEs sprite halo ELVES 电磁场模式

来源： cnki会议评论

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闪电通道热力学特性与放电特性的相关性研究

闪电通道热力学特性与放电特性的相关性研究

作者：岑建勇西北师范大学

学位级别：硕士

利用无狭缝光栅摄谱仪在青海高原地区获得的闪电光谱资料，通过光谱分析得到了闪电放电通道的热力学特性参数—温度、电子密度。分析光谱结构和温度得出：不同闪电或同一次闪电不同回击中，光谱结构有明显的差别，且光谱结构的差异反映... 详细信息

利用无狭缝光栅摄谱仪在青海高原地区获得的闪电光谱资料，通过光谱分析得到了闪电放电通道的热力学特性参数—温度、电子密度。分析光谱结构和温度得出：不同闪电或同一次闪电不同回击中，光谱结构有明显的差别，且光谱结构的差异反映了不同回击的热力学特性的差异;对于一次闪电的不同回击过程中，通道温度也有较大差异，且温度并没有随着回击发生的次序呈线性变化。闪电放电的同步辐射电场资料由快、慢电场变化仪记录，通过电场资料获得了各次回击的峰值辐射电场，进而计算了回击的峰值电流和作用积分。这二者的结果与以前报道的结果符合比较好，通过数据分析闪电的放电特性得出：多数情况下，负地闪首次回击辐射电场最强，其相应的放电电流也要强于继后回击。但继后回击放电强于首次回击的情况也会发生。闪电通道热力学特性与放电特性的相关性研究是揭示闪电过程物理机制的重要途径。将光谱与电场资料相结合，首先分析了同一次闪电的多次回击中，光谱结构与放电特性的关系，结果表明：光谱总强度与放电电流正相关。其次分析了闪电通道中热力学特性与放电特性的关系，结果表明：对于不同闪电的首次回击，通道温度正比于电流的作用积分;对于同一闪电的各次回击，通道温度与作用积分不呈线性关系。由分析结果推断：可以依据光谱总强度来比较多回击闪电中每次回击电流的大小;根据通道温度判断不同闪电首次回击过程中能量传输的大小。这项工作将为进一步研究闪电过程中传输能量的大小以及其产生氮氧化物的数量提供一些参考数据，也为雷电物理的研究及闪电防护工作提供了一些理论依据。

关键词：闪电放电回击光谱结构通道温度电流作用积分

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火花放电与闪电光谱的比较

中国科学技术大学学报 1965年第2期 346-349页

作者：侯建勤中国科学技术大学 1964年毕业生

闪电的光谱研究到目前为止已有100年左右的历史,主要内容是利用有缝和无缝光谱仪对自然闪电拍谱,并将谱线进行波长测量和识别。在2910-9100A波段内所照出的原子光谱线有NII,OII NI,OI,H,ArI及少量的CaI和CI,分子光谱主要有N2(2P),N2~+(1... 详细信息

闪电的光谱研究到目前为止已有100年左右的历史,主要内容是利用有缝和无缝光谱仪对自然闪电拍谱,并将谱线进行波长测量和识别。在2910-9100A波段内所照出的原子光谱线有NII,OII NI,OI,H,ArI及少量的CaI和CI,分子光谱主要有N2(2P),N2~+(1n),OH,NH和CN

关键词：闪电光谱波段空气玻璃棱镜 BS 工业气体自然闪电闪电放电电火花

伴随超强VHF辐射的闪电双极性窄脉冲初步观测

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气象学报 2007年第1期65卷 124-130页

作者：祝宝友陶善昌谭涌波中国科学技术大学地球和空间科学系合肥230026

闪电过程中一类双极性脉冲辐射伴随的超过常规闪电一个数量级的VHF辐射是卫星观测的穿越电离层的脉冲对(TIPPs)的来源。文中给出了在中国上海地区观测到的该类放电事件产生的78例双极性窄脉冲。典型的双极性窄脉冲上升时间约1.2μs,初... 详细信息

闪电过程中一类双极性脉冲辐射伴随的超过常规闪电一个数量级的VHF辐射是卫星观测的穿越电离层的脉冲对(TIPPs)的来源。文中给出了在中国上海地区观测到的该类放电事件产生的78例双极性窄脉冲。典型的双极性窄脉冲上升时间约1.2μs,初始峰宽度约2—3μs、半宽约1μs,整个脉冲持续时间约15μs,脉冲幅度与地闪首次回击幅度相当,过冲幅度约为初始峰幅度的1/3。这类脉冲波形特征与普通闪电双极性脉冲波形特征差异明显。根据空间双极性脉冲被电离层以及地面-电离层反射的时间延迟并假定电离层高度为85 km,估算了这些双极性窄脉冲发生高度。11例负极性脉冲(对应上面负电荷区对下部正电荷区之间的放电)中有10例脉冲发生高度在海拔14.0—15.0 km,一例出现在负地闪初始击穿阶段的脉冲发生高度为海拔6.4 km。67例正极性窄脉冲发生高度位于海拔7—12 km,平均海拔9.4 km。利用传输线电流模式以及偶极子辐射近似估计了电流在通道内传播时间以及放电电流参数,78例平均结果显示电流从通道底部传播到顶部经历的时间约1μs,电流矩约为5 ***量级。我们推断放电通道长度约100—300 m,放电电流幅度具有20 kA量级,电流传播速度与光速可比拟、具有108m/s量级。

关键词：双极性脉冲 TIPPs 闪电放电 VHF辐射.

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闪电多参量同步高速即时记录系统

高原气象 2003年第3期22卷 301-305页

作者：张广庶郄秀书王怀斌张彤陈成品张义军中国科学院寒区旱区环境与工程研究所甘肃兰州730000

阐述了如何实时快速捕获闪电放电时亚微秒变化的快慢电场波形数据及等间隔点分段压缩显示电场波形曲线,并同时连续记录显示大气平均电场数据。在Win2000平台上用VC++编程实现了多任务、多通道大容量(8MB)快速处理显示记录的自动化。记... 详细信息

阐述了如何实时快速捕获闪电放电时亚微秒变化的快慢电场波形数据及等间隔点分段压缩显示电场波形曲线,并同时连续记录显示大气平均电场数据。在Win2000平台上用VC++编程实现了多任务、多通道大容量(8MB)快速处理显示记录的自动化。记录速度比以往的记录设备提高了20倍,测量精度显著提高,记录闪电辐射的脉冲绝对时间精度达到0.1μs,野外同步观测获得了大批资料,证实了系统的可靠性,为长时间多站同步观测积累高精度闪电资料提供了新的记录手段。

关键词：亚微秒多参量闪电放电快速记录