闪电VHF辐射源三维定位系统及其对闪电过程的观测研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 王彦辉 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2009-05-20 |
| 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VHF辐射源三维定位系统 地闪 云闪 双极性窄脉冲 辐射源功率 |
| 其他题名 | A 3D Location System of Lightning VHF Radiation Pulses and the analyzed characteristics of lightning processes |
| 学位专业 | 大气物理学与大气环境 |
| 中文摘要 | 先进的闪电探测技术是闪电研究的基础，近年来国际上发展的高时空分辨率和高精度的闪电三维探测技术，极大的促进了对闪电物理过程及其与云中动力和微物理过程关系的认识。本论文基于已经研制成功的闪电VHF辐射源三维定位系统对雷暴云中闪电放电过程进行了高时空分辨率的三维定位分析研究，并在此基础上，结合宽带电场变化波形，对闪电过程及双极性窄脉冲放电事件（Narrow Bipolar Event，NBE）进行了详细研究，并对VHF辐射源分布所揭示的雷暴云电荷结构进行了探讨。得到主要研究结果如下： 首先从三维时差定位技术原理、硬件集成方案、系统超距无线控制、辐射源定位软件等方面，对闪电VHF辐射源三维定位系统（LLR）进行了详细的介绍。闪电VHF辐射源三维定位系统与国外同类设备相比，其特色是：（1）实现了VHF辐射对数波形与宽带电场波形的同步记录。（2）可以记录闪电放电过程的连续波形，其时间分辨率高达25ns。（3）可以在两个VHF频段进行硬件转换，适应国内复杂的电磁环境。利用LLR获取的资料，进行了定位误差修正的探索，成功获得了雷暴中高时空分辨率闪电通道辐射源三维时空演变全过程图像。 结合地面的快电场变化资料，对正常极性云闪、反极性云闪、正地闪、负地闪、复合型闪电等几种典型放电通道的三维时空演变过程进行了分析，结果证实了已有研究结果：正、负地闪激发传输过程不同，典型负地闪的预击穿过程发展速度约为5.2×104m/s,向下传输的梯级先导过程发展速度约为1.3×105m/s；正地闪初始阶段也是首先激发负流光，以水平方向在正电荷区内传输，并为始发点积累正电荷，从而触发向下传输的正流光。新的观测结果发现复合型闪电中上部正电荷区和主负电荷区的放电结束后，可进一步形成下行击穿过程，形成反极性云闪放电或是负地闪放电过程。根据闪电辐射源分布及三维通道结构推断了闪电发生时的雷暴云电荷结构，平原雷暴成熟期呈三极性电荷结构，雷暴云的消散期雷暴电荷结构比较杂乱，容易产生放电特征不同于普通云地闪的放电过程。 利用2007-2008年夏季在山东滨州获得的闪电VHF辐射源三维定位系统(LLR)及宽带电场变化观测资料，针对258例双极性窄脉冲放电事件（NBE）进行了波形特征分析和三维定位。发现有206例NBE与闪电放电波形相联系，其中116例混杂于闪电波形中间（即前后60ms内均有闪电脉冲波形出现），86例在闪电波形中作为首个脉冲出现。利用LLR及宽带电场观测设备对其中107例NBE及邻近的闪电过程进行三维精确定位分析发现，65例NBE作为闪电首个辐射源出现在闪电（其中云闪60例，地闪5例）的始发区域，另有32例出现于闪电通道的发展过程中，其中17例发生后闪电辐射源密度明显增加，其它15例前后辐射源密度并无明显差异，大部分NBE发生高度与闪电通道相近。这些结果表明，NBE放电事件与闪电过程存在相关性。利用13小时的NBE定位资料分析与雷达回波对比得出，NBE往往在雷达回波区内的某一小区域内成群出现。并且倾向于出现在雷暴云顶部和中部。 进行了闪电VHF辐射源三维定位系统接收机的室内输入输出功率标定实验，据此进行了闪电VHF辐射源的峰值功率计算，结果发现，普通闪电辐射源功率一般在100mW-500W范围内或更高，双极性窄脉冲辐射峰值强度值高达16.7kW，其与普通闪电辐射源功率相比有数量级的差别。在闪电放电过程中，高峰值功率的辐射源倾向于出现在上部正电荷区和下部正电荷区，而中部主负电荷区的辐射源峰值功率一般低于正电荷区。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2013-08-22 |
| 页码 | 135 |
| 源URL | [http://ir.casnw.net/handle/362004/21753]  |
| 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 | 王彦辉. 闪电VHF辐射源三维定位系统及其对闪电过程的观测研究[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. 2009. |
入库方式： OAI收割
来源：寒区旱区环境与工程研究所
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