中高层大气电参数非线性效应对地闪回击电磁场传播的影响

发布时间：2022-12-05 23:37

　　目前大多数针对中高层的电场计算均假定大气为自由空间,没有考虑中高层大气的非线性效应,这给反演触发中高层放电现象所需电流峰值带来了很大的不确定性。本文基于麦克斯韦方程组,通过综合考虑电子热效应和电离、吸附效应的非线性变化,利用二维时域有限差分算法（2D FDTD）,建立了对流层-中高层大气电动力耦合模型,分析了中高层大气电参数的非线性效应对地闪回击电磁场传播的影响,推广了半解析模型的适用范围及对elves现象的光辐射进行了模拟。主要研究成果如下： （1）首先分析了电参数的非线性效应对地闪回击电磁场的影响范围及程度。结果表明,对微秒（μs）量级的地闪回击辐射场而言,在60km以下,由于弛豫时间为毫秒（ms）量级,不需要考虑电参数的非线性效应。而在60km以上的空间,由于弛豫时间快速减小至小于微秒量级,必须考虑电参数非线性效应带来的影响。如果考虑中高层大气电参数非线性效应,离地面90km高度处地闪回击辐射场峰值明显减小,其中,垂直电场受影响最显著,场峰值最大可减小3倍左右,而水平电场受影响相对较小。电磁场脉冲持续时间越长,受微秒量级中高层大气电介质弛豫时间的影响越大。 （2）另外... 

【文章页数】：62 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 选题的意义
    1.2 国内外研究进展
        1.2.1 Elves现象的电电动力耦合模型的研究进展
        1.2.2 中高层电场解析算法的研究进展
    1.3 论文主要内容及章节安排
第二章 对流层与中高层电动力耦合模型的建立
    2.1 对流层与中高层电动力耦合模型
        2.1.1 模拟Elves的电动力耦合模型
        2.1.2 Elves的电动力耦合模型中参数的选取
        2.1.3 Elves电动力耦合模型的精度验证
        2.1.4 电动力耦合模型的初步模拟结果
    2.2 中高层电场的解析算法
        2.2.1 解析算法的介绍
        2.2.2 解析算法的计算结果
    2.3 本章小结
第三章 中高层大气电参数的非线性效应对地闪回击电场的影响
    3.1 地闪回击水平电场的时空演变特征
    3.2 地闪回击垂直电场的时空演变特征
    3.3 地闪放电参数对中高层大气地闪回击辐射场的影响
    3.4 本章小结
第四章 中高层大气电参数的非线性效应对地闪回击电场分量的影响
    4.1 考虑大气电参数非线性效应的半解析模型
        4.1.1 半解析模型的建立
        4.1.2 半解析模型的精度的检验
    4.2 大气电参数的非线性效应对中高层电场分量的影响
    4.3 本章小结
第五章 Elves现象的光辐射模拟
    5.1 回击电场引起的大气击穿
    5.2 光辐射的模拟
        5.2.1 光辐射计算模型的介绍
        5.2.2 光辐射的模拟结果
    5.3 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 主要结论
    6.2 存在的不足与展望
    6.3 本文创新点
参考文献
作者简介
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]闪电引起的天电和红闪现象的模拟研究[J]. 吴明亮,徐寄遥,马瑞平.  物理学报. 2006(10)
[2]时变的准三维“红闪”电场模式研究[J]. 吴明亮,徐寄遥.  地球物理学报. 2005(03)



本文编号：3710589