闪电击过程的光谱以及相关离子跃迁特性的研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 袁萍 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2003 |
| 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 | 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所 |
| 导师 | 刘欣生 |
| 关键词 | 闪电光谱 OII离子 等离子体 MCDF方法 |
| 其他题名 | Study on The Spectra of Lightning Return Stroke and Corresponding Transition Characteristics |
| 中文摘要 | 在闪电物理的众多研究方法中，光谱是唯一能够获取放电通道内部物理信息的手段。本工作利用无狭缝光栅摄谱仪，分别在我国广东沿海和青海高原两个海拔高度相差2500m的地区进行了自然闪电的光谱观测，获得了云对地闪电首次回击过程400-700nm波长范围的光谱，并在闪电的单次回击光谱中记录到了波长为6O4.6nm和619.4nm的新谱线。为了进一步研究光谱特性与通道电流、周围电磁场变化等参量的相关性，进而探讨闪电发展过程的物理机制，试验过程中，配合雷电定位系统和快、慢天线，进行了同步的电学观测。试验光谱的辨认和定量分析，如，通道温度等参量的计算都需要完整、准确的光谱跃迁参数。根据光谱研究的需要，采用原子结构计算程序GRASP92和REOS99，基于多组态Dirac-Fock（MCDF）方法，系统考虑了相对论效应、电子关联、驰豫效应等重要贡献，计算了与闪电光谱有关的谱线波长、跃迁几率、振子强度以及相应的激发态能量等参数，并由此推算出NII离子n3的35个激发态的寿命。具体讨论了驰豫和电子关联效应对NII离子2s2p3 5S2-2s22p2 3P1,2、2s2 2p3s 3P1-2s2 2p2 1D2、2s2 2p3s 1P1-2s2 2p2 3P2、2p3d 3F-2p2 1D，3P和2p3d 3P-2p2 1S等一些重要的禁戒跃迁几率的影响。通过计算发现，考虑了驰豫和电子关联效应以后，跃迁几率以及相应激发态寿命的计算值有明显改善。根据计算的跃迁参数，对试验观钡l的闪电回击光谱做了比以前更详细的指认，并对波长为419.0nm、4O7.5nm、425.3nm和436.9nm等的一些谱线进行了重新辨认。光谱特性的分析依据谱线结构、理论计算的跃迁参数，并结合了雷电定位系统的观测资料。为了研究闪电通道中等离子体的基本性质以及不同强度闪电放电的特征，根据闪电光谱的结构，把谱线归为两类：基本谱线和特征谱线。基本谱线在大多数闪电过程中都可以观测到，它们在一定程度上反映了闪电放电通道一些共有的基本特性。由于地理条件相差比较大的不同地区的闪电、同一地区不同强度和极性的闪电放电以及同一闪电的不同发展过程中，通道物理特性都有很大的差异，特征谱线携带的正是每一个具体放电过程特征的信息。资料分析证实，”光谱特性与地理环境和闪电放电的强度密切相关。广东沿海和青海高原两个地区的闪电光谱的结构和特征有明显的差异。NII离子n=3的低激发态产生的跃迁谱线是光谱辐射的主要成分，它们对应的上激发能大多数在23eV左右。沿海地区的闪电回击过程中，还可以记录到一些激发能量比较高（3Oev左右）的NII离子和OII离子跃迁谱线。并且，强闪电过程中，具有高激发能量的NH和011离子跃迁谱线增多；在高原地区的闪电首次回击过程中，跃迁上激发能量为13-14ev的中性NI和OI的跃迁增强，并且，通道峰值电流越小，中性NI和OI的谱线越多，而沿海地区强闪电中容易出现的OII离子的跃迁谱线在高原闪电光谱中很难观测到。根据闪电回击过程的光谱结构和跃迁特性推断，强闪电放电过程中，回击通道的峰值温度应高于过去的估算值。而高原闪 电的通道温度一般低于其他地区。光谱的结构与特性和闪电的激发、发展过程直接相关。本工作得到的结果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特性的研究和物理机制的探讨提供了参考数据。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2013-08-22 |
| 页码 | 117 |
| 源URL | [http://ir.casnw.net/handle/362004/21983]  |
| 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 | 袁萍. 闪电击过程的光谱以及相关离子跃迁特性的研究[D]. 中国科学院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. 2003. |
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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