袖珍闪电远场波形的模拟以及特征分析

发布时间：2020-04-05 14:39

【摘要】：本文基于行波模型以及相应的观测结果,检验了行波模型的参数有效范围。通过把行波模型的模拟结果与观测结果进行对比,我们估算得到,通道两端的有效电流反射系数(包括电流沿通道传输时的衰减)的取值范围是0至-0.5,电流传输速度的取值范围是0. 3*10^8至3*10^8 m/s,通道长度小于1000m。在模拟过程中,我们假设电流上升时间为典型值6μs,持续时间为30μs。我们也检验了电流上升时间对远场波形的影响。我们发现,电流上升时间的典型范围是2至8. 5 μ s。然后在参数有效范围内,我们以行波模型的模拟结果为参考标准,检验了赫兹偶极子近似算法的参数有效范围。其中,我们发现,关于传输速度与通道长度的有效性组合范围,赫兹偶极子近似算法在较多的情况下符合行波模型的模拟结果。在此基础之上,我们使用赫兹偶极子近似算法估算了袖珍云闪的放电参数。鉴于出现在日本冬季雷暴中的大型双极性放电事件(LBEs)的发生条件,我们把行波模型进行了推广(考虑了高塔以及不同的物理过程),模拟了 LBEs的远场波形,并且把LBEs的电场-电流转换因子(FCCFs)与发生在夏季雷暴中的云-地(CG)闪电的回击(RS)过程的转换因子进行了比较。因为LBEs的物理过程可能与典型的回击闪电(准回击过程)或上行闪电中的初始连续电流脉冲(准连续电流过程)相似,所以我们分别模拟了这两种物理过程对应的LBEs远场波形。我们假设,LBEs通道长度的范围是500m至1000m,高塔(雷击高塔)的高度范围是100m至300m。通过使用行波模型进行模拟,我们发现,只有当LBEs的入射电流为对称的高斯脉冲时,模拟的LBEs远场波形(准回击过程和准连续电流过程)才能与观测结果相似。当高塔的高度范围是100m至300m时,LBEs的电场-电流转换因子与通道长度、入射电流的导数呈正相关。并且,准回击过程的电场-电流转换因子与准连续电流过程的转换因子相似。然而,LBEs的电场-电流转换因子与夏季雷暴中的回击闪电的转换因子区别很大;也就是说,夏季雷暴中的回击闪电的电场-电流转换因子不适用于LBEs。
【图文】：

波形,波形,正电荷,负电荷

（ｂ）中标注的Ｓ１－Ｓ５是五个明显的二次峰值，出现的时刻与（ａ）中对应。电场波形与逡逑ｄＥ／ｄｔ波形己经经过低通滤波以突出反射信号。引自Ｎａｇ邋ｅｔａｌ．［１１逡逑图１－１表示Ｎａｇ邋ｅｔ邋ａｌ．［１］观测到的一次负ＣＩＤ产生的（ａ）电场波形，（ｂ）逡逑ｄＥ／ｄｔ波形，（ｃ）邋ＶＨＦ辐射脉冲。从图１－ｌａ可以看出，ＮＢＰ的初始极性与负极性逡逑回击相同（物理符号规则），即向上转移正电荷（或向下转移负电荷）。该次ＣＩＤ逡逑的持续时间为１６ｕｓ邋（ＮＢＰｓ的典型持续时间为１０至３０ｕｓ）。在图１－ｌｄ表示电逡逑４逡逑

示意图,通道,电流,箭头

逦Ｃ逦Ｄ逡逑图２－ｌｂ．邋ＣＩＤ行波原理的示意图，通道长度Ａｈ＝１００ｍ，传输速度ｖ＝２＊１０Ａ８ｍ／ｓ。电流持续时逡逑间远远大于通道传输时间（Ａ邋ｈ／ｖ）。垂直箭头表示电流沿通道的传输过程，，括号形箭头表逡逑示电流在通道两端的反射过程。如果Ｐ邋ｂ＝邋Ｐ邋ｔ＝ｌ（短路状态），通道两端之间反射的电流相等。逡逑１１逡逑
【学位授予单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：P446;P427.3

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