人工觸發(fā)閃電電流波形特征參數(shù)分析

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1、第58卷第9期2009年9月100023290Π2009Π58(09)Π6616211物理學(xué)報ACTAPHYSICASINICAVol.58,No.9,September,2009ν2009Chin.Phys.Soc.人工觸發(fā)閃電電流波形特征參數(shù)分析3趙陽1)?郄秀書2)孔祥貞1)張廣庶1)張彤1)楊靜1)馮桂力3)張其林1)王東方1)1)(中國科學(xué)院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所西部氣候環(huán)境與災(zāi)害實(shí)驗(yàn)室,蘭州730000)2)(中國科學(xué)院大氣物理研究所中層大氣和全球環(huán)境探測重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京100029)3)(山東省雷電防護(hù)技術(shù)中心,濟(jì)南250031)(2009

2、年3月27日收到;2009年4月29日收到修改稿)通過分析在夏季強(qiáng)雷暴活動頻繁的山東濱州地區(qū)連續(xù)4年人工觸發(fā)閃電實(shí)驗(yàn)中所獲得的閃電回?fù)敉ǖ赖撞侩娏髻Y料,結(jié)果表明人工觸發(fā)閃電回?fù)舴逯惦娏鲙缀纹骄禐?416kA,電流波形10%—90%上升時間和30%—90%上升時間的幾何平均值分別為213μs和118μs,相應(yīng)上升陡度分別為417kAΠμs和414kAΠμs.波形半峰值寬度的幾何平均值為17μs,回?fù)?ms內(nèi)轉(zhuǎn)移電荷量的幾何平均值為112C,回?fù)綦娏髯饔梅e分的幾何平均值為611×103A2s.對比研究表明回?fù)舴逯惦娏髋c接地狀況、回?fù)綦娏鞑ㄐ蔚纳仙龝r間以及半峰值寬

3、度之間沒有明顯相關(guān)性,但與電流波形上升陡度以及回?fù)?ms之內(nèi)轉(zhuǎn)移電荷量之間存在相關(guān)性,回?fù)舴逯惦娏?Ip)與回?fù)?ms內(nèi)轉(zhuǎn)移電荷量0169(Q)之間滿足關(guān)系式:Ip=1411Q閃放電的繼后回?fù)暨^程相似..通過與自然閃電放電參數(shù)的對比分析表明,人工觸發(fā)閃電回?fù)暨^程與自然地關(guān)鍵詞:人工觸發(fā)閃電,地閃,閃電電流,回?fù)鬚ACC:9260P,9260Y11引言閃電尤其是地閃放電過程中的瞬態(tài)強(qiáng)電流,一直是閃電物理研究領(lǐng)域的重點(diǎn)內(nèi)容,也是雷電防護(hù)研究中關(guān)鍵的參數(shù)之一.然而由于自然地閃發(fā)生的時空隨機(jī)性及瞬時性特征,使得準(zhǔn)確地對其電流進(jìn)行直接測量異常困難.自1967年Newm

4、an等[1]通過向雷暴云底部發(fā)射拖帶細(xì)鋼絲的小火箭而成功實(shí)施人工觸發(fā)閃電實(shí)驗(yàn)以來,該技術(shù)逐步在閃電物理及雷電防護(hù)研究領(lǐng)域中得到應(yīng)用.自上世紀(jì)70年代開始,美國、法國及日本等先后開展了人工觸發(fā)閃電實(shí)驗(yàn),我國自上世紀(jì)80年代末以來,數(shù)次在我國不同地區(qū)成功開展了人工觸發(fā)閃電實(shí)驗(yàn)[2—4].由于可以準(zhǔn)確地確定觸發(fā)閃電的發(fā)生時間及接地點(diǎn)位置,因此可以直接對閃電通道底部電流進(jìn)行測量,并且可以對閃電不同水平距離的電磁場和光學(xué)特征等進(jìn)行同步觀測,再者火箭拖帶鋼絲的人工觸發(fā)閃電技術(shù)相比于比其他處于探索階段的觸發(fā)閃電技術(shù)(如激光引雷[5]),從技術(shù)實(shí)現(xiàn)角度和經(jīng)濟(jì)成本而言都更為成

5、熟和方便,人工觸發(fā)閃電技術(shù)的這些特點(diǎn)使得其在過去數(shù)十年中極大地促進(jìn)了閃電物理研究的發(fā)展[6—13].人工觸發(fā)閃電按照觸發(fā)方式的不同分為傳統(tǒng)觸發(fā)閃電和空中觸發(fā)閃電[13].已有的研究表明,傳統(tǒng)觸發(fā)閃電放電過程中的回?fù)暨^程與自然地閃的繼后回?fù)暨^程有著明顯的相似性,與地面高建筑物上發(fā)生的上行自然閃電中回?fù)暨^程也基本一致;而空中觸發(fā)閃電初始階段的回?fù)暨^程與自然地閃首次回?fù)暨^程有很大程度的相似性[13].因此人工觸發(fā)閃電的研究結(jié)果對于深入研究自然地閃放電過程大有裨益,尤其是對閃電電流參數(shù)的測量,對于閃電物理研究、雷電定位系統(tǒng)的改進(jìn)以及雷電防護(hù)研究等都具有重要的意義.Be

6、rger等人[14]和Anderson等人[15]通過對在瑞士一高塔上測量到的上百個自然閃電電流資料的總結(jié),首次較為系統(tǒng)的給出了自然閃電回?fù)綦娏鲄?shù),直到現(xiàn)在該結(jié)果仍是閃電研究和雷電防護(hù)工作的重要參考資料.Fisher等人[16]將在美國進(jìn)行的人工觸發(fā)3中國科學(xué)院知識創(chuàng)新工程重要方向項目(批準(zhǔn)號:KZCX22YW220622),國家杰出青年基金獲得者“百人計劃”專項經(jīng)費(fèi)和國家自然科學(xué)基金(批準(zhǔn)號:40605003,40775004)資助的課題.?E2mail:zhaoy@lzb.ac.cn9期趙陽等:人工觸發(fā)閃電電流波形特征參數(shù)分析6617閃電的電流資料與其

7、進(jìn)行了對比分析,得到了許多有意義的研究成果.在過去20多年中國內(nèi)雖然已經(jīng)成功開展了多次人工觸發(fā)閃電實(shí)驗(yàn),但對閃電電流的完整測量資料還十分稀少.自2005年以來,我們在山東濱州地區(qū)開展人工觸發(fā)閃電實(shí)驗(yàn),并獲得了國內(nèi)首例完整的雷電回?fù)綦娏鞑ㄐ蝃4],本文將基于山東地區(qū)連續(xù)4年的人工觸發(fā)閃電電流實(shí)測資料,對閃電回?fù)綦娏鲄?shù)及其相互關(guān)系進(jìn)行分析討論.2.觀測實(shí)驗(yàn)自2005年開始,連續(xù)4年在山東濱州地區(qū)開展了夏季雷暴的自然閃電以及人工觸發(fā)閃電的觀測實(shí)驗(yàn)(實(shí)驗(yàn)簡稱SHATLE).該地區(qū)地勢平坦,平均海拔高度約為10m.在距離引雷點(diǎn)水平距離60m和550m(2005年實(shí)驗(yàn))

8、處分別設(shè)有兩個測站,兩站的測量儀器通過