Red sprites放电现象和相关雷电特征及影响研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 杨静 |
| 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 | Red sprites 多普勒雷达 雷电定位网 地闪 雷电流 电磁场 |
| 其他题名 | RED SPRITES AND THE RELATED CHARACTERISTICS OF LIGHTNING FLASHES |
| 学位专业 | 大气物理学与大气环境 |
| 中文摘要 | Red sprites（又称“红闪”或者“红色精灵”）是1989年才被发现的一种中层大气放电现象。为了解我国大陆上空的Red sprites特征及其与雷暴、雷电活动的关系，在山东人工引发雷电实验（SHATLE）期间，我们开展了首次Red sprites观测实验（Chinese Red Sprite Observation Campaign, CRSOC）。基于实验中获取的Red sprites光学图像以及配合的卫星云图、多普勒雷达和雷电定位等观测数据，本论文对Red sprites的形态特征及其与母体雷电、雷暴的关系，以及人工引发雷电放电特征和雷电产生的感应电压等进行了研究。主要研究结果如下： 1. 在距观测站272 km和315 km的两次雷暴上方共观测到17次Red sprites放电。观测到的所有Red sprites均成簇（cluster）出现，而且形态多样，有圆柱状(columniform)、带有天使状翅膀的圆柱状、胡萝卜状（carrot）和跳舞状（dancing）等。17次Red sprites持续时间的变化范围在40-160 ms之间，平均值约为61 ms。估算得到一次圆柱状Red sprites簇的底端高度约在(47±12) km，顶端达到了(86±15) km；一次胡萝卜状Red sprites簇的底端约在(39±10) km，顶端位于(81±14) km。而且，Red sprites簇的水平宽度大于垂直延伸高度。CRSOC 2007期间观测到了一例长持续时间的发光事件（Long Time Duration of Luminous Event ,LTDLE），其特征与已知的四种中层放电的形态都不同。 2. 与山东雷电监测定位系统和雷达资料的对比分析发现，Red sprites与母体雷电的时间差在3.4-11.8 ms之间，平均值为7.1 ms。产生Red sprites的母体雷电都是正极性的，且全部位于回波强度为20-40 dBZ之间的层状云降水区。在Red sprites高发时段，正地闪在总地闪中所占比例较高。回击放电强度小于100（由山东雷电监测定位系统得到）的母体雷电所占比例为62.5%，回击放电强度大于100的母体雷电所占比例为37.5%,非常大的放电强度可能不是产生Red sprites的必要条件。 3. 通过对产生和未产生Red sprites雷暴的雷达回波进行对比分析发现，产 生Red sprites的两次雷暴T1和T2都出现了较大范围的层状云降水区，而且大部分雷暴过程都在陆地上；未产生Red sprites的雷暴T3整个过程中未出现大范围层状云降水区，且从陆地向海洋发展，海洋上的暖湿气流导致已经减弱的雷暴又增强，致使整个雷暴过程中不断有强对流中心出现。 4. 自行研制了雷电近距离磁场测量系统，在人工引雷实验中进行了观测，反演得到三次回击的电流峰值分别为39.8 kA、29.1 kA和43.0 kA，与电流的实测结果41.6 kA、29.6 kA和38.0 kA接近。磁场测量系统得到的人工引发雷电磁感应强度总体波形与电流总体波形很类似，而且能够反映大部分放电过程，但未能很好地反映电流波形中的一些细节，这种差别可能与系统的上下限截止频率有关，同时表明，人工引雷由于受实际环境的影响，放电过程比120 kA脉冲电流发生器产生的电流脉冲要复杂的多。 5. 对两次引发雷电初始阶段的放电特征进行了对比分析。引发雷电0503中上行正先导电流的平均值为23.0 A，变化范围为16.9-41.0 A；上行正先导在距引流杆60 m处产生电场和磁感应强度的平均值分别为16.7 V/m和0.3 µT，变化范围为8.7- 28.2 V/m和0.116-0.544 µT。然而，引发雷电0602中脉冲P1的电流峰值为2.1 kA，在距引流杆60 m处产生的电场和磁感应强度变化分别为0.98 kV/m和7.03 µT；脉冲P2的电流峰值为2.8 kA，在相同距离处产生的电场和磁感应强度变化分别为1.22 kV/m和9.01 µT。当引雷导线与引流杆之间由5 m的尼龙线连接时，放电中会出现5 m空气间隙被击穿的过程。 6. 分析了自然雷电9次回击在水平导体中产生的感应电压特征，得到感应电压的变化范围在4.6-18.6 kV之间，平均值为11.2 kV。模拟结果表明，感应电压随回击速度的增大而增大，随导体高度的增加而增加。当导体两端接地电阻匹配时，感应电压随电阻的增加而增加，但并不满足线性关系。同时，当导体两端接地电阻不匹配时，高电阻端的感应电压远大于低电阻端的感应电压。因此，良好的接地可以有效地减小雷电在导体上产生的感应电压，从而对传输线进行较好的防护。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2013-08-22 |
| 页码 | 115 |
| 源URL | [http://ir.casnw.net/handle/362004/21754]  |
| 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 | 杨静. Red sprites放电现象和相关雷电特征及影响研究[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. |
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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