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人工触发闪电近距离磁场的测量和放电参量的估算

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第一章绪论

第二章近距离闪电磁场测量系统

第三章人工触发闪电初始阶段放电特征分析

第四章人工触发闪电直窜先导-回击放电特征分析

第五章结论与展望

攻读硕士期间发表的论文

致谢

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摘要

空中人工触发闪电因和自然闪电的放电过程类似而倍受重视，但由于空中触发闪电击中引流杆的概率很小，对其电流直接测量十分困难，所以对空中触发闪电电流的间接测量(反演)是非常重要的。本论文在自制低成本近距离闪电磁场测量系统的基础上，2005年夏季在山东人工触发闪电实验(SHATLE)中获得了传统人工引发闪电和空中人工引发闪电的放电特征，所得主要结论如下： (1)近距离磁场测量系统自制的磁场测量系统包括两个正交的环形天线、积分电路和采集记录等。在武汉大学高电压与绝缘实验室对测量系统进行的标定表明，磁场测量系统得到的磁感应强度曲线与电流曲线非常一致。当采用高增益天线时，天线在距引流杆60米处能测得的闪电通道最大电流值为37.7kA；当采用低增益天线时，天线在距引流杆60米处能测的最大电流值为84.4kA。 (2)人工触发闪电初始阶段放电特征无论是传统人工触发闪电还是空中人工触发闪电，磁场测量系统记录到的孤立脉冲是火箭上升过程中激发的不连续发展上行正先导产生的。传统触发闪电中不连续发展上行正先导幅值的平均值比空中触发闪电要小，最大值也比空中触发闪电小；空中触发闪电脉冲间的时间间隔分布更离散。 连续发展的上行正先导脉冲在60m处产生磁感应强度峰值比不连续发展上行正先导要大，连续发展上行正先导电流峰值平均值为23.0A，变化范围16.9-41.0A，电流峰值与磁感应强度峰值之间的关系为Ip=61.9B+2.56。另外，先导在地面60m处产生电场峰值的平均值为16.7V/m，电场峰值与电流峰值之间满足Ip=1.42E-2.33。 与传统触发闪电中上行正先导的发展过程类似，空中触发闪电中下行负梯级先导也经历了不连续发展和连续发展两个阶段。不连续发展阶段，负梯级先导在60m处产生电场的变化范围30-290V/m，对应的磁感应强度0.39-3.56μT，此阶段中电场和磁场波形规律性较差；在负梯级先导的连续发展阶段，电场和磁场波形的规律性增强，在60m处产生的电磁场幅值也较大(电场35-700V/m，磁感应强度3.06-5.04μT)，说明下行负梯级先导逐渐接近地面。另外，连续发展阶段的下行负梯级先导中和电荷量达到177.78-486.31μC。 (3)人工触发闪电直窜先导-回击放电特征人工触发闪电直窜先导-回击电场变化呈V形。传统人工触发闪电0503回击电流峰值的平均值为11.9kA。直窜先导、回击在60m产生的电场变化分别为17.8kV/m和18kV/m。直窜先导、回击在60m处产生电场变化的一致性说明回击过程基本将箭式先导通道的电荷完全中和。 估算得到传统人工触发闪电直窜先导电荷密度、电位分别为59μC/m和6.1MV，均与回击峰值电流成正相关(R2=0.82)；反演出的空中触发闪电直窜先导-回击放电参量比传统人工触发闪电略高，但没有量级上的差别。将传统和空中触发闪电直窜先导-回击放电参量一起拟合得到直窜先导的电荷密度、电位与回击峰值电流成正相关(R2=0.89和R2=0.88)；直窜先导速度、回击速度与回击峰值电流之间没有相关性。

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