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1、第58卷第9期2009年9月100023290Π2009Π58(09)Π6616211物理学报ACTAPHYSICASINICAVol.58,No.9,September,2009ν2009Chin.Phys.Soc.人工触发闪电电流波形特征参数分析3赵阳1)†郄秀书2)孔祥贞1)张广庶1)张彤1)杨静1)冯桂力3)张其林1)王东方1)1)(中国科学院寒区旱区环境与工程研究所西部气候环境与灾害实验室,兰州730000)2)(中国科学院大气物理研究所中层大气和全球环境探测重点实验室,北京100029)3)(山东省雷电防护技术中心,济南250031)(2009
2、年3月27日收到;2009年4月29日收到修改稿)通过分析在夏季强雷暴活动频繁的山东滨州地区连续4年人工触发闪电实验中所获得的闪电回击通道底部电流资料,结果表明人工触发闪电回击峰值电流几何平均值为1416kA,电流波形10%—90%上升时间和30%—90%上升时间的几何平均值分别为213μs和118μs,相应上升陡度分别为417kAΠμs和414kAΠμs.波形半峰值宽度的几何平均值为17μs,回击1ms内转移电荷量的几何平均值为112C,回击电流作用积分的几何平均值为611×103A2s.对比研究表明回击峰值电流与接地状况、回击电流波形的上升时间以及半峰值宽
3、度之间没有明显相关性,但与电流波形上升陡度以及回击1ms之内转移电荷量之间存在相关性,回击峰值电流(Ip)与回击1ms内转移电荷量0169(Q)之间满足关系式:Ip=1411Q闪放电的继后回击过程相似..通过与自然闪电放电参数的对比分析表明,人工触发闪电回击过程与自然地关键词:人工触发闪电,地闪,闪电电流,回击PACC:9260P,9260Y11引言闪电尤其是地闪放电过程中的瞬态强电流,一直是闪电物理研究领域的重点内容,也是雷电防护研究中关键的参数之一.然而由于自然地闪发生的时空随机性及瞬时性特征,使得准确地对其电流进行直接测量异常困难.自1967年Newm
4、an等[1]通过向雷暴云底部发射拖带细钢丝的小火箭而成功实施人工触发闪电实验以来,该技术逐步在闪电物理及雷电防护研究领域中得到应用.自上世纪70年代开始,美国、法国及日本等先后开展了人工触发闪电实验,我国自上世纪80年代末以来,数次在我国不同地区成功开展了人工触发闪电实验[2—4].由于可以准确地确定触发闪电的发生时间及接地点位置,因此可以直接对闪电通道底部电流进行测量,并且可以对闪电不同水平距离的电磁场和光学特征等进行同步观测,再者火箭拖带钢丝的人工触发闪电技术相比于比其他处于探索阶段的触发闪电技术(如激光引雷[5]),从技术实现角度和经济成本而言都更为成
5、熟和方便,人工触发闪电技术的这些特点使得其在过去数十年中极大地促进了闪电物理研究的发展[6—13].人工触发闪电按照触发方式的不同分为传统触发闪电和空中触发闪电[13].已有的研究表明,传统触发闪电放电过程中的回击过程与自然地闪的继后回击过程有着明显的相似性,与地面高建筑物上发生的上行自然闪电中回击过程也基本一致;而空中触发闪电初始阶段的回击过程与自然地闪首次回击过程有很大程度的相似性[13].因此人工触发闪电的研究结果对于深入研究自然地闪放电过程大有裨益,尤其是对闪电电流参数的测量,对于闪电物理研究、雷电定位系统的改进以及雷电防护研究等都具有重要的意义.Be
6、rger等人[14]和Anderson等人[15]通过对在瑞士一高塔上测量到的上百个自然闪电电流资料的总结,首次较为系统的给出了自然闪电回击电流参数,直到现在该结果仍是闪电研究和雷电防护工作的重要参考资料.Fisher等人[16]将在美国进行的人工触发3中国科学院知识创新工程重要方向项目(批准号:KZCX22YW220622),国家杰出青年基金获得者“百人计划”专项经费和国家自然科学基金(批准号:40605003,40775004)资助的课题.†E2mail:zhaoy@lzb.ac.cn9期赵阳等:人工触发闪电电流波形特征参数分析6617闪电的电流资料与其
7、进行了对比分析,得到了许多有意义的研究成果.在过去20多年中国内虽然已经成功开展了多次人工触发闪电实验,但对闪电电流的完整测量资料还十分稀少.自2005年以来,我们在山东滨州地区开展人工触发闪电实验,并获得了国内首例完整的雷电回击电流波形[4],本文将基于山东地区连续4年的人工触发闪电电流实测资料,对闪电回击电流参数及其相互关系进行分析讨论.2.观测实验自2005年开始,连续4年在山东滨州地区开展了夏季雷暴的自然闪电以及人工触发闪电的观测实验(实验简称SHATLE).该地区地势平坦,平均海拔高度约为10m.在距离引雷点水平距离60m和550m(2005年实验)
8、处分别设有两个测站,两站的测量仪器通过
