雷电物理学期末复习-雷电学原理.pdf

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1、雷电物理学第一章雷电研究史上的里程碑1.富兰克林风筝实验与避雷针2.闪电光谱和基于Boys相机的条纹照相3.雷暴云内电荷结构与Simpson电场探空（作为了解）4.雷电电流测量与Berger回击峰值电流分布（主要是利用高塔测量）；负地闪和正地闪首次回击的几何电流平均值为30kA，负地闪继后回击电流峰值的几何平均值为12kA。5.全球大气电路概念与Carnegie曲线（作为了解）第二章雷暴云电荷结构和起电机制1.电荷结构：偶极性、反偶极性、三极性等2.大气电离率：定义为单位时间内单位体积内，大气分子被电离为正负离子的数目取决于电离强度、大气密度。3.非感应起电机制：高于

2、反转温度Tr的区域，冰晶和霰粒子碰撞，正电荷被转移到霰粒子上，冰晶获得负电荷；低于反转温度Tr的区域，冰晶和霰粒子碰撞，冰晶获得正电荷，霰粒子获得负电荷；当云水含量过高或过低，霰粒子都获得正电荷，而冰晶粒子都获得负电荷，霰粒子和冰晶粒子碰撞获得电荷极性反转的温度被定义为反转温度（Tr）当云含水量为1g/m3时，对应的反转温度为-10℃（Takahashi）或者-20℃（Jayaratne），这种差异可能与过冷水滴的尺寸分布有关；也可能与霰粒子在穿过混合区域时实际的表面温度有关。4.雷暴云电场探空技术（雷电监测预警）：a.电晕针探空仪b.场磨电场探空仪c.双金属球电场仪

3、第三章下行负地闪概述预击穿梯级先连接过首次回闪击间直窜先继后回过程导程击过程导击1.预击穿过程：雷暴云内的水成物粒子在电场的作用下变形引起局部电场增强，从而引起电晕流光，并导致空气击穿，此过程称为预击穿过程。2.双向先导传输：预击穿过程中正、负先导起始于同一位置，在相隔几毫秒的时间内先后沿相反方向击穿发展，正、负先导分别向低电位（负电荷区）和高电位（正电荷区）发展，这就是所谓的双向先导传输。3.预击穿脉冲的特点：（负地闪预击穿波形及脉冲宽度和相邻脉冲间隔的统计结果）上图给出了大兴安岭地区的负地闪预击穿脉冲的统计结果，预击穿脉冲序列的总持续时间为4.1ms，其中首个脉冲

4、前半周期峰值点到首次回击的峰值点之间的时间间隔为55.4±34.3ms，单个脉冲持续时间为8.8±4.9µs，相邻脉冲时间间隔为111.0±49.1µs。4.雷暴云内电场增强的可能原因：当环境电场为400~500kV/m时，一小部分的水成物粒子能产生电晕放电，形成“种子流光”，这些种子流光相互交织，能使局部电场增强一个量级以上。5.先导与流光的区别：流光呈刷状或片状等，很难稳定传输，温度较低、导电性较差、发光比较暗淡；而先导能稳定沿某一方向传输、温度较高、导电性较好、发光很亮。6.空中先导：由于流光通道断裂，且前部流光丝的继续发展，必定在断裂处堆积正电荷，形成的孤立电

5、荷柱称为空中先导。7.梯级先导：一个或多个空中先导和负先导不断对接使得通道以梯级的形式向前发展。特征：传播速度为：105m/s，一个先导梯级持续时间约为1μs，梯级长度为几十米左右，梯级间隔时间约为50μs。梯级先导在几十毫秒时间内向闪电通道沉积几库仑到几十库仑的负极性电荷，平均先导电流约为300A，其中，单个梯级脉冲电流约1kA，与之对应的电磁场也呈脉冲形式，其脉冲宽度约为1μs，上升时间小于0.1μs。8.引路流光：空中先导向负先导头部激发的正极性流光称为所谓的“引路流光”。9.连接先导：当下行梯级先导传播至地面以上几十米至上百米距离时，先导头部电荷产生的电场对地

6、面凸起物体的影响增加，当尖端物体表面的某一点或几个点处的电场增加到超过周围空气的击穿阈值时，便发生向上发展的、一个或多个连接先导。10.连接过程：产生连接先导的过程，直到下行先导和上行连接先导在某一高处相遇。11.闪击距离：连接点距上行先导始发点的距离称为闪击距离。12.多接地点闪击：负地闪首次回击前的梯级先导过程通常具有较多的分支，他们中的某些分支会在很短的时间内依次到达地面，形成多接地点闪击形成机理：当某一先导通道先接地后，地面零电位波以接近光速向上传播（比负梯级先导大两个量级左右），在另一支分支先导通道接地之前，如果被零电位波赶上，则这个分支通道无法接地。反之，

7、如果零电位波没有赶上另一支分支通道的向下发展，则可能形成多接地先导，引多个接地点回击。13.一次负地闪首次回击过程在两个测站产生的同步电场及其变化率图中用字母K标志的小脉冲对应梯级先导的最后一跳有明显的缓慢上升，即意味着连接先导始发。LB明显向下快速移动，平均三维速度为1.2×108m/s，垂直向下传输的速度为5.8×107~6.4×107m/s，比一般的梯级先导大两个量级左右。LB脉冲电流强度最高达20kA，且持续时间不到1µs，远远小于上行连接先导几十至两百微秒的持续时间。SF即慢前沿出现在LB脉冲的附近，意味着二者紧密相关，密切发展。T1和T2