正环境电场中闪电先导的始发和传播

为了研究中国内陆高原雷暴正极性闪电放电的特点,中日两国科学家于１９９７年７～８月在甘肃省平凉市联合进行了人工触发闪电野外实验。利用设在离触发点约３．５ｋｍ处的高速数字化摄像系统结合在闪道底部的电流测量记录,对在正环境电场中触发的两次闪电的初始先导的发生和发展特点进行了研究。资料分析表明,这两次触发闪电都是由火箭顶部始发的上行负先导传输入云而形成短暂的连续电流放电过程,整个放电持续时间分别只有１７和２６ｍｓ。先导在垂直方向的传输速度随时间而增加,平均值约为３．５×１０５ｍ／ｓ。正环境电场中的先导在向云底传输过程中可能产生多个分枝,但它们一般只存在几毫秒时间就消亡了,只有少数分枝能够发展入云。主通道的亮度综合反映了各分枝亮度的变化,而它本身又与在闪道底部测量记录到的闪电放电电流变化存在很好的对应关系。     

用宽带干涉仪观测云内闪电通道双向传输的特征

利用闪电宽带干涉仪系统对闪电的观测表明，地闪和云闪的云内闪电通道都存在双向发展的特征. 闪电在云中负电荷区域初始激发以后，在通道两端发生向不同方向同时发展的击穿过程. 这两种击穿过程均产生较强的辐射，且辐射频谱特征十分相似，表明云内闪电通道两端发生的击穿过程可能均为负击穿过程. 相应电场变化表明闪电通道双向发展期间伴随着负电荷的向上转移. 这一观测事实与Kasemir早期提出的闪电通道双向发展的概念有一定的差异.     

闪电放电通道的三维结构特征

通过对闪电VHF辐射源高时空分辨率的三维观测资料的分析发现,无论云闪还是地闪其时间和空间分布特征可表明雷暴中的基本电荷结构。云内闪电放电不仅发生在上部正电荷区与中部主负电荷区之间,也同样会在中部主负电荷区与下部正电荷区之间发生,除极性相反之外,其它特征是一致的。云闪过程在最初的10一20ms内垂直向上(正常极性)或向下(反极性)发展,之后转为水平方向的传输。在正电荷区辐射点较多,闪电通道清晰;在负电荷区辐射点较少,且从闪电的起始位置以一种倒退的方式水平延伸闪电通道。云闪中的K型击穿不仅发生在闪电的后期,而且还发生在活跃期,并不时发展到正电荷区而触发新的闪电分叉。负地闪首次回击之前的梯级先导过程辐射较强,继后回击前的直窜先导的辐射较弱。回击之间闪电在云内水平发展,通道以细小的分叉为主要特征,其间不时有没有到地的企图先导过程发生。正地闪的先导过程基本没有可探测到的辐射点,在回击之前有一段云内过程,回击之后有更长的云内过程发展,其闪电通道不像负地闪那样精细,在回击之后的最初阶段辐射点较少,而在通道的顶端辐射点反而较多。正负地闪的发生发展特征有很大的不同,表明正、负极性的电荷击穿及传输过程的机制存在明显差异。     

我国部分地区雷暴活动、大气电场等与太阳活动的关系(英文)

本文统计分析了从1976——1985年一个太阳黑子周期期间太阳耀斑爆发和雷暴活动及地面大气电场之间的可能相关性。分析结果指出:(1)耀斑对雷暴活动影响较大,对于高纬度地区二者有较明显的正相关性,相关日在 5日以后。对于2级以上耀斑最大相关日为 7日,增长百分比为18％,且响应变化主要发生在耀斑爆发后 5—— 10日内。中低纬度地区几乎不存在相关性。(2)耀斑强度越强,引起雷暴活动的响应程度越大,且响应区域从高纬度向中低纬度移动。 (3)耀斑爆发后二天左右,地面大气电场明显增大,且随耀斑强度增强而增大。电场强度增大的相关日提前于雷暴数增大的相关日,故雷暴活动增强是大气电场增加的结果,而不是原因。 本文还从全球电路概念出发,简单解释了形成上述相关性的可能原因。太阳活动主要通过对全环大气电路的调制,例如增大大气电场和中层大气电导率等来影响雷暴的起电过程。雷暴中强烈的电活动可以产生和动力涡度相比拟的电涡度,而涡度和上升运动之间存在很强的正反馈过程。因此,雷暴中电活动的加强无疑能促进雷暴的动力发展。目前上述相关性还停留在定性解释上,机制尚不清楚,初步研究发现,雷暴对流起电理论有可能建立上述联系,今后准备利用数值模拟从物理上作定量考察。     

雷暴非感应起电机制的模拟研究：Ⅰ.云内因子影响

利用一个二维时变积云动力－电数值模式模拟了非感应起电过程，讨论了流场。降水以及冰晶谱分布对起电的影响。结果指出：只有在强上升气流穿过－２０℃高度层时才会产生强起电，且发生达到最大上升速度后出现降落的时段。     

不同地区雷暴电荷结构的模式计算

利用二维时变轴对称模式和实际探空资料 ,模式计算了南昌、兰州和昌都 3个地区雷暴云的电荷结构 ,并对形成机制进行了讨论。结果表明 :兰州地区雷暴的上升气流速度最大 ,雷暴发展最快 ;南昌地区雷暴次之 ;昌都地区雷暴最弱。南昌地区雷暴的持续时间最长。在雷暴的初始阶段 3个地区都存在雷暴下部次正电荷区 ,在雷暴的成熟阶段兰州地区在感应和非感应起电机制的共同作用下雷暴呈明显的 3极性电荷结构 ,南昌地区的雷暴主要在感应起电机制作用下形成偶极性电荷结构 ,而昌都地区的雷暴在非感应起电机制作用下形成偶极性电荷结构。 3个地区的雷暴负电荷区中心基本处于 - 1 0～ - 2 0℃的同一温度区内。中国北方地区的温度层结有利于形成 3极性电荷结构 ,且通过非感应起电机制来完成。     

穿云飞机电磁噪声的实验分析

利用高灵敏度和高时空精度的三维雷电观测系统LMA(Lightning Mapping Array)分析穿云飞机的观测资料,发现这一系统在地面可探测到穿云飞机产生的60～66MHz带宽内的电磁辐射,其强度在1W～10kW之间,甚至更高,且与所探测到的辐射源数成线性反比,辐射是由飞机上的尖端放电产生的. 穿云飞机在10～12km高度上产生的辐射最强,且在靠近发生闪电的对流区比远离这一区域强. 飞机穿过不同云系时,辐射强度不同,其中穿过层状云系时,辐射最弱.     

空中人工引发雷电的正负先导特征研究

通过对 1998年 8月 2 2日空中引发雷电先导过程的光、电观测资料的综合分析发现 ,在空中引发雷电的先导系统中存在三个先导过程。①向下发展的负先导在起始阶段呈小阶梯特征 ,阶梯之间的时间间隔约为 2 0 μs ,阶梯的上升时间小于 1μs,随着负先导的下行发展 ,梯级增长。②金属导线上端向上发展的正先导在负先导接地之后 ,表现出明显的阶梯特性 ,阶梯之间的时间间隔平均为 15 μs。③从地面向上发展的连接正先导由多个振荡脉冲组成 ,脉冲之间的时间间隔约为 13μs,连接先导的发展也是梯级的。电场快变化中的高频分量随着距离的增加衰减很快。最强的发光是由向下的负先导接地时形成的小回击产生的 ,强光只集中在空气离化而形成的放电通道部分 ,光强则随着高度的增加很快衰减 ,其传播速度约为 2 .1× 10 8m·s-1。在小回击发生之前 ,向下发展的负先导在接地之前有较强的发光 ,而金属导线上端向上发展的正先导没有明显的发光。在小回击发生之后 ,金属导线上端向上正先导的发光强度被增强 ,其向上的传播速度约为 2 .4× 10 6m·s-1。金属导线部分在小回击发生之后约 2 2 0μs逐渐开始熔化发出强光 ,并向上发展而与前面向上发展的正先导的发光相并合 ,其传播速度约为 1× 10 6m·s-1     

广东地区雷电活动的气候分布特征

利用地闪定向仪(DF)和时间到达法(TOA)定位技术,1997年3月～1998年6月在研究范围内共计得到404431次地闪资料.分析了地闪的雷电流强度、回击数的气候概率分布特征以及雷电参数的日变化及其空间分布的气候规律.正闪占总闪的比例仅为5.03%,正负闪密度的高值中心均在(114.E,23.N)附近.总体日变化特征明显,全天有两个高值时段,分别为00～06时和12～18时.与北方地区的雷电特征不同.结果表明雷电活动特征可以基本揭示本地区天气活动的时空分布的规律.