基于双频段观测资料的NBE发生位置和放电特征研究

发布时间：2020-09-20 21:14

　　 双极性窄脉冲事件(NBE)是区别于常规地闪和云闪的一类特殊的大气放电现象,能产生强烈的VLF/LF和VHF辐射。为了探索NBE发生的气象环境和放电特性,本文使用重庆双频段三维闪电定位系统的观测数据,对一次雷暴过程中观测到的608次正极性NBE和82次负极性NBE的发生位置和辐射强度进行了统计分析。其中,正NBE主要分布于主负电荷区和上部主正电荷区之间,约7~15 km的垂直高度处,平均高度是10.0 km。孤立发生的正NBE的发生位置与其附近的雷达回波分布未呈现明显的规律性特征,但是激发闪电的正NBE全部发生于10.5 km以下。正NBE归一化到100 km距离处的平均VLF/LF电场变化峰值为13.4 V/m,平均VHF辐射功率是73.5 kW。从平均值看,发生于对流核心区域的正NBE在两个频段的辐射强度都略强于核心区域之外的正NBE。负NBE主要发生在两个高度范围。72例负NBE分布于上部主正电荷区和屏蔽层之间,约16~20 km高度,平均高度是18.0 km,它们倾向于发生在30~35 dBz回波顶高大于18 km的对流云云顶及附近,并且全部孤立发生。这些负NBE归一化到100 km距离处的平均VLF/LF电场变化峰值为42.7 V/m,平均VHF辐射功率是76.9 kW。10例负NBE发生于主负电荷区和下部正电荷区之间,约4~8 km高度,平均高度是6.0 km,全部发生于对流核内部,其中有部分个例激发了闪电。这些负NBE归一化到100 km距离处的平均VLF/LF电场变化峰值为2.7V/m,平均VHF辐射功率是18.2 kW。从统计结果看,在VLF/LF频段,上部负NBE的辐射强度普遍强于正NBE;但在VHF频段,上部负NBE的辐射强度与正NBE基本相当;下部负NBE在两个频段的辐射强度相对较弱。论文还建立了MTLE模型用于拟合正NBE的放电过程,得到两次NBE的放电通道长度分别为422 m和328 m,电流的击穿速度分别为-44 m/μs和-40 m/μs,电流峰值分别为-40.3 kA和-55.5 kA,电荷矩分别为27.0 C?m和28.3 C?m。
【学位单位】：中国气象科学研究院
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：P412;P427.3
【部分图文】：

第二章 仪器设备和数据11图2.2 子站传感器外观图2.3 信号接收和采集系统结构示意图2.3 三维定位算法当有五个以上站点探测到一个闪电事件的时候，我们就可以用 TOA 定位算法确定辐射源的三维空间位置。图2.4是TOA法定位技术原理图，辐射源产生的电磁脉冲以光速c经过直线传输路径在不同时刻到达各个站点。其定位过程实际上是利用高精度GPS时钟精确定位的各站点空间位置坐标( i, -i, i)和辐射源到达各个站点的时间(¨i)，求解包含辐射源发生时间和空间位置的四个未知量( - ¨)的方程组。

11图2.2 子站传感器外观图2.3 信号接收和采集系统结构示意图2.3 三维定位算法当有五个以上站点探测到一个闪电事件的时候，我们就可以用 TOA 定位算法确定辐射源的三维空间位置。图2.4是TOA法定位技术原理图，辐射源产生的电磁脉冲以光速c经过直线传输路径在不同时刻到达各个站点。其定位过程实际上是利用高精度GPS时钟精确定位的各站点空间位置坐标( i, -i, i)和辐射源到达各个站点的时间(¨i)，求解包含辐射源发生时间和空间位置的四个未知量( - ¨)的方程组。

负电荷的分布情况。将NBE 和其他辐射源的三维位置叠加在一起，能够大致推测NBE在雷暴云电荷区中的位置。因此，本文还识别出此次中尺度雷暴过程中1126653个来自常规闪电的VHF辐射源用于分析。图3.2 是这些VHF 辐射源的在单位时间单位高度的密度分布图，时间格点宽度是6min，高度格点宽度是100 m，这些VHF辐射源几乎全部分布于5~18km高度范围。一般认为，雷暴单体的电荷结构由垂直分成的三个区域构成，即三级性电荷结构：上部是主正电荷区，中间是主负电荷区，下部是电荷量较少的正电荷区。而中尺度系统的电荷结构与单体雷暴具有相似性。可以看出，大多数的VHF辐射源(约70.4％)集中在10~15km高度处，由此推断出这一天的雷暴过程的主正电荷区主要分布于此。而大多数正NBE发生在VHF辐射源最密集的区域以下

【参考文献】

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1 刘妍秀;张广庶;王彦辉;李亚s

本文编号：2823154