红色精灵和光晕的协调观测和闪电电场模拟

发布时间：2020-09-19 12:28

　　通过高速摄像和磁信号的协调观测,本文选取了2013年6月在美国中部上空的中尺度对流系统(MCS)内产生的正地闪(+CG)引发的两例伴随有淘气精灵(elves),光晕(halos)的红色精灵(sprites)来分析淘气精灵,光晕,红色精灵和母体闪电之间的时空关系。此外,我们基于传输线(TL)模型,以山东人工引雷(SHATLE)实测基电流以及模拟电流作为电流输入参数,计算和分析了雷电回击通道正上方光晕发生高空处的电场及其扰动分量(静电场,感应场,辐射场),来分析电场以及各分量的贡献。结合观测和数值模拟分析表明:(1)光晕的产生时常伴有明显的流光发展,它的始发与回击脉冲的初始持续电流部分息息相关。在回击通道正上方80 km处,除了静电场,在0.56+0.13 ms内回击脉冲产生的感应场作为整个电场的主要成分(幅度大于总电场的一半)可能在光晕的产生中起很大的作用。(2)由于电离层对电磁波的反射和电磁波传播的时间延迟,在海拔高于80 km处,尽管感应场的幅值逐渐减小了,但其双峰相互靠近,使得其峰值是相对增加的一个过程。因此,感应场幅度的衰减要慢于静电场。也就是说,感应场的作用在淘气精灵高度会更明显,验证了Lu(2006)所得出的结论。(3)长时延的红色精灵的产生和持续发光更依赖于后续的连续电流部分。相比于输入脉冲电流的峰值,其时间尺度对精灵事件的发光时间影响更大。当电流的时间尺度更长时,所对应的感应场和静电场分量也是更大的,促进了sprite垂直结构的发展;长时间的闪电持续电流能维持一个区域高电场,使得已经存在的红色精灵持续发光;长时延的红色精灵是环境电导率,已经存在的电场以及CG的长持续电流的短暂增强(由于M分量或第二次闪击的存在)的共同作用下出现的现象。(4)地闪回击基电流中的M分量、较长时间的上升沿、长尾波的存在都能增加halos发生高度处的静电场及感应场的幅值,并驱动光晕的出现和随后流光发展的可能,形成红色精灵。以上结果丰富了Pasko等人提出的光晕和红色精灵产生机制以及中高层空间电磁场的认识,也为以后精确建模和人工引发光晕等研究做了铺垫。
【学位单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：P427.3
【部分图文】：

精灵,喷流,蓝色,红色

.2. 不同类型的 TLE，包括红色精灵，蓝色喷流和淘气精灵及其下方的闪电发生机制诺贝尔文学奖获得者 C.T.R.Wilson（1925）首次预测了我们目前规模闪电事件的可能性[10]。他首先认识到雷云上方电场与高度的着高度以 r-3 衰减，如图 1.3 所示，由于大气密度的变化，空间

击穿机制,精灵,底部空间,物理

电离层底部空间电导率与弛豫时间的非线性变化

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第一章绪论变化，且弛豫时间发生变化。张其林等人[31]给出了电离层底部高空电导率与弛豫时间非线性变化关系，如图 1.4。所以在强烈的雷电放电之后，在雷暴云上方会激发一个态电场，经过一定的时间延迟以后，这个瞬态电场会超过背景击穿阈值，产生高空闪。部分地定义了类似的瞬态特性观察到的精灵现象[32]。

【参考文献】