第七章、闪电(2)地闪放电过程

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1、地闪概况成都信息工程学院佘会莲负地闪各阶段放电特征预击穿过程梯级先导连接过程回击箭式先导连续电流M分量J变化K变化等预击穿过程预击穿过程是地闪通道伸展出云底之前发生于云内的弱电离过程电场变化一般可持续几毫秒到几百毫秒，典型值为几十毫秒初始击穿过程的脉冲特征:初始极性与随后的地闪回击电场变化极性相同，总体形状以双极性为特征初始击穿发生于主负电荷区和云下部的正电荷区之间，而且放电过程好象开始于正电荷中心，然后向上发展至负电荷区。预击穿过程发生于被地闪输送到地面的云内负电荷所在的高度上，位于海拔6-8km的高度利用VHF窄带干涉仪分别对地闪和云闪的初始预击穿过程进行了分析，发现预击穿过程起始于负电荷

2、区域，但是地闪的初始击穿向下发展，而云闪则向上发展。两种情况下的发展速度都为1-3×105m/s问题：在对预击穿过程的研究中，首先应该搞清楚它起源于何处？中和的电荷源在哪里？梯级先导（steppedleader）电场特征先导分类先导电流先导电荷先导始发理论先导静电学模式梯级先导的一般特征先导的速度梯级长度通道直径持续时间脉冲特征梯级先导的一般特征表现为一条暗淡的光柱像梯级一样逐级伸向地面，这称之为梯级先导。在每一梯级的顶端发出较亮的光，梯级先导在大气体电荷随机分布的大气中蜿蜒曲折的进行，并产生许多向下发展的分枝。闪电a回击前5ms梯级先导放电通道发展闪电b梯级先导与首次回击根据条纹照相得到的梯

3、级长度和向地面传播的速度，Schonland(1938)将梯级先导分为α和β两种类型。α型先导向地面的传播速度稳定，约为105m/s，梯级长度和发光强度变化不大，但比β型先导的长度短，而且亮度也较弱。α型先导的梯级长度为10－200m，梯级间的时间间歇为37－124ms。通常梯级间的间歇越长，随后的梯级长度也越长。β型先导以较长、较亮的梯级开始，向地面传播的平均速度为106m/s，在云底附近有较多的分叉，而当其接近地面时，则与α型先导类似。梯级先导类型先导参数速度：梯式先导的平均传播速度为3.0×105m/s左右，其变化范围1.0×105m/s至2.6×106m/s左右，梯式先导有多个单级先导

4、组成，而单个梯级的传播速度则快的多，一般为5×107m/s左右；长度：单个梯级的长度平均为50m，其变化范围为30~120m左右。直径：通常发光梯级先导的直径为1－10m，先导的电荷也包含在几乎同样尺寸的通道中先导电流：先导电流应该流动在直径为几毫米的中心核内。梯级先导的平均电流为50－63A。先导电荷：梯级先导的总电荷为10－20C，由此得到的单位梯级长度的平均电荷为10-30C/m。先导持续时间梯级先导的电场脉冲和梯级电场反号距离近距离电场变化为负值远距离电场变化为正值先导的始发理论引路先导模式（Schonland）认为先导通道是一个半径为1m径向特性均匀的柱体，电晕－电弧转化模式（Bru

5、ce）把先导通道看成是一个由电晕壳包围的中心弧核1．Schonland的引路流光理论Schonland（1938，1953，1956）在最初对先导机制的讨论中认为梯级先导是一个径向特性均匀半径为1m的柱形通道。之后，Schonland（1962）又提出了更进一步的先导模型，即在先导通道中心存在一个与电弧相似的细导电核，导电核被一个半径为几米的电晕壳所包围。先导电流主要在核内流动，而先导电荷则由电晕壳所携带。第一阶段：弱电离的引路流光以1.5×105m/s-8.0×105m/s的速度前进10-80m的距离。第二阶段：在引路流光前进期间保持静态的高度电离先导突然前行，并形成一个快而亮的梯级。梯级的

6、速度超过5×107m/s，持续时间为1μs量级。在到达引路流光根部时，先导停止，而流光又开始了下一次的发展。击穿可以分为两个阶段2.Bruce电晕－电弧转化理论强调了电晕电流的重要性，认为梯级的产生是由于发生了电晕到电弧的突然转化。由于先导尖部的高电场，使通道前面的那些区域处于毛刷状或辉光放电状态，由于通道核心和周围空间之间存在很高电位差，在核心周围将产生径向电晕放电，单位长度上的电晕电流随着辉光放电长度的增加而增加，当达到临界电流IT＝100A/m，就转化为具有弧光特性的放电通道，此放电通道的延伸，就形成了明亮梯级先导的静电学模式1、源电荷模式2、不荷电双向先导模式一个发展完善的先导通道可以

7、等效为一个位于地表上空均匀带电的垂直线电荷1.源电荷模式2、不荷电双向先导模式Kasemir将静电学基本原理应用于闪电现象中，认为闪电可以等效为环境电场中的一个导体，从而提出并发展了双向发展、整体不荷电先导模式的概念D处的地面电场变化连接过程在雷电防护设计中一个重要的参量闪击距离指连接先导从被雷击物体上激发出来的瞬间,被雷击物体和下行先导之间的距离。闪击距离下行的梯级先导传播至地面几十米的范围内时