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闪电不规则脉冲簇的观测和发生规律研究

周威  
【摘要】:不规则脉冲簇,简称CPT (Chaotic Pulse Trains),是雷电物理领域一个重要的研究对象,其强烈的高频辐射与雷电电磁防护有着密切的联系。利用闪电快、慢电场数据及地闪定位数据,本研究主要分析了CPT放电事件在闪电放电过程中的分布特征、发生规律及其与闪电放电过程本身的相关关系。本研究是国家自然科学基金项目“闪电CPT事件的宽带综合观测及其物理过程研究”(批准号:41205002)的一部分研究内容。研究得到以下结论:1.CPT事件的普遍存在性研究发现,CPT事件在负地闪、云闪以及正地闪中都能发生。75.2%的负地闪中伴随有CPT事件,并且能够发生在负地闪的首次回击之前,各个回击之间以及最后一次回击之后。可探测的云闪中,有12.1%也存在CPT事件,主要发生在云闪的末期和旺盛期,尤其是在云闪的末期容易发生CPT事件,比例达到了86%。此外,正地闪中也存在与负地闪和云闪中具有类似特征的CPT事件。2.CPT事件在放电波形中的特征根据CPT事件和地闪回击在放电波形中的相对位置,可以将CPT事件分为两类:第一类是与回击直接相连的CPT-c,第二类是与回击具有一定间隔的CPT,其中第二类包括首次回击之前的CPT-b、继后回击之前的CPT-i以及最后一次回击之后的CPT-a。并且CPT事件在继后回击之前有四种分布情况:单独出现一次CPT-c、单独出现一次CPT-i、同时出现多次CPT-i、同时出现CPT-i和CPT-c,其中第一种情况占的比例最高(39.4%)。另外,最后一次回击之后也存一定比例的多次CPT-a同时出现的情况。CPT-c和CPT-i都占了负地闪中CPT的绝大部分,CPT-c发生的概率更高,并且CPT-c的持续时间比CPT-i的更长。3.CPT事件与回击次数、次序以及闪电电流强度的关系(1)发生CPT事件的负地闪回击次数主要分布在2-6次,以3次回击为主,而没有发生CPT事件的负地闪回击次数都在4次以下,主要以单次回击为主。但是,负地闪最后一次回击之后的CPT-a大多数又发生在回击次数为1-3次的回击之后,且以单次回击为主。(2)随着负地闪继后回击次序的增加,各继后回击之前发生CPT事件的概率呈减小的趋势。(3)CPT事件更容易发生在闪电电流强度更大的负地闪中,伴随有CPT事件的负地闪电流强度平均为52.28kA,没有发生CPT事件的负地闪电流强度平均为36.53kA。4.CPT事件与闪电子物理过程的相关关系负地闪继后回击之前的CPT-i和最后一次回击之后的CPT-a(共69.3%)以及大部分云闪末期的CPT都叠加在脉冲宽度约为几毫秒的负极性或正极性的K变化脉冲的上升沿阶段;少数CPT-a和云闪末期的CPT叠加在宽度为几毫秒的偶极性K变化脉冲上。这些CPT事件可能是发生在云内同一类型的放电事件。5.不同地域中CPT事件的异同性北京和广州两地负地闪中的CPT事件在绝大多数特征和发生规律上具有较好的一致性。但是由于两地雷暴电荷结构的差异,CPT事件的发生还是存在一定差异。北京地区负地闪中不论是CPT-c、CPT-i还是CPT-a的平均持续时间都比广州的要长。另外,北京地区负地闪中CPT-c的比例高于广州地区。


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