论文

• 中国内陆高原正极性雷电的观测实验研究
• 刘欣生;郄秀书;张义军;王才伟;董万胜;肖庆复;张广庶;郭昌明;陈明理;渡边贞司;仲野贡;中村光一;河崎善一郎;角绅一
• 1998 Vol. 17 (1): 1-9. 
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• 叙述了1997年夏季中日两国科学家在甘肃平凉地区合作进行的有关正极性雷电的综合观测实验情况,包括场地布局、所采用的技术手段及取得的主要结果。实验中采用了人工引发雷电技术并取得了两次成功,其中一次是利用"空中触发"方式,即火箭拖带的细钢丝下端不直接接地,而是通过一段绝缘尼龙线与接地的另一段细钢丝相连。用这种方式可以更真实地再现自然雷电的初始过程。实验中观测到了空中导线两端先导的双向传输现象;电流、电场变化的同步测量以及高速摄像的光学测量揭示出下行正先导激发后在0.7ms内和上行迎面负先导会合。实验还表明,利用人工引发雷电技术,配合多种先进的仪器设备进行综合观测,不但有助于揭示中国内陆高原雷暴过程中正极性放电的机理和特征,而且也是今后雷电研究的有效途径。

• 人工触发闪电通道的发光特征
• 王才伟;刘欣生;董万胜;张翠华
• 1998 Vol. 17 (1): 10-23. 
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• 利用成像率为1000幅/秒的高速数字化摄像系统在380m的极近距离对人工触发闪电通道的发光特征进行了观测和研究。人工引发闪电除了采用传统的火箭拖带接地导线的触发方式外,还发展了导线下端不接地的空中触发闪电的新技术。结果表明,闪电通道的发光截面基本上呈对称型。各次闪电的发光持续时间和光脉冲的个数可以有很大的差别,但它们都可分成四个共有的发光阶段,并与特定的闪电放电物理过程相联系。闪电的光脉冲与闪电电流脉冲和地面电场变化有很好的对应关系。其中,起始光脉冲由导线汽化和上行先导传播入云所引起; M分量脉冲出现前闪道仍在可观地发光,而回击光脉冲出现前闪道的发光已经变得非常微弱或已测不到发光现象。空中触发闪电最下部的通道由金属导线汽化通道和空气离化通道两部分组成。它们的发光行为有很大的不同,尤其在平稳发光阶段,前者的发光较强且延续更长的时间。对各种发光成分的特点及其所联系的物理过程也进行了讨论。

• 空中触发闪电的下行先导及其接地行为
• 王才伟;张义军;肖庆复;刘欣生
• 1998 Vol. 17 (1): 24-33. 
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• 1996年夏季在江西南昌附近进行的人工触发闪电野外实验中,用新开发的不接地的火箭-导线技术成功地在雷暴云下的负环境电场中触发了云对地闪电。我们用一套成像率为1000幅/秒的高速数字化摄像系统对下行负先导进行了观测。资料分析揭示了下行负先导始发、发展和接地的特点。负先导开始时速度缓慢,它在向地面行进中曲折、分枝并最后终止于4m高接地良好的引流杆顶端。下行先导接地瞬间产生的电流脉冲其电流密度的空间分布是不均匀的。通过个例分析提出了空中触发闪电初始先导发生和发展的物理图像。

• 中川地区一次负地闪的起始过程研究
• 郄秀书;余晔;张广庶;刘欣生;郭昌明;渡边贞司;河崎善一郎;仲野贡;中村光一;王道洪;牛尾知雄
• 1998 Vol. 17 (1): 34-43. 
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• 利用GPS同步的多点慢天线电场变化仪在甘肃中川地区雷暴过程中测量得到的资料,对一次负地闪的起始过程进行了分析。发现地闪首次回击发生之前常有持续170~300ms的云内放电过程发生,它可有数量不等的K变化组成。利用到达不同测站的时间差,对K变化过程中的一系列脉冲进行非线性最小二乘拟合定位后发现,K变化以负流光的形式起始于云中部的负电荷区,并以1.5×10 ⁷m/s的速度向下部正电荷区域传播。正、负电荷离地高度分别为2.5~3.5km和5.0~6.0km,其间云内放电过程建立的良好电离通道对地闪先导-首次回击的发生起了重要作用。梯级先导离开云底向地面传播的速度为2.7×10 ⁵m/s;直窜先导开始以2×10 ⁷m/s的速度沿回击的电离通道传播,接近地面时则需重新击穿空气,传播较慢,接近梯级先导速度。

• 地闪回击的微秒级辐射场特征及近地面连接过程分析
• 郄秀书;郭昌明;张翠华;刘欣生;渡边贞司;王道洪;河崎善一郎;仲野贡;中村光一;牛尾知雄
• 1998 Vol. 17 (1): 44-54. 
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• 利用1 μs时间分辨率的慢天线电场变化仪在甘肃中川地区雷暴过程中测量得到的大量地闪辐射波形资料,对地闪回击辐射场特征及回击的慢前沿过程进行分析,发现18次正地闪和85次负地闪首次回击前沿过程上升时间分别为19.2 μs(方差6.1 μs)和9.4 μs(方差3.9 μs),84次负地闪继后回击的前沿过程为4.3 μs,方差为3.1 μs;正地闪首次回击的前沿过程占回击峰值的30%~70%,负地闪首次回击和继后回击前沿过程分别占回击峰值的20%~60%和10%~30%。正地闪首次回击的峰值电流和闪击距离均大于负地闪首次回击,前者分别为56.08kA和137.2m,后者分别为16.92kA和62.8m,因此正地闪对地面物体危害较大。对回击前沿过程进行简单分析后,认为它是一个较复杂的过程,可能开始于向下的先导接近地面时连接过程开始的瞬间,之后电流波在连接点处同时沿相反方向上下传播,直到向下的电流波接近地面为止。

• 空中人工触发闪电试验及特性分析
• 张义军;刘欣生;王才伟;肖庆复;董万胜;王怀斌
• 1998 Vol. 17 (1): 55-64. 
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• 利用1996年南昌人工引雷试验观测资料,分析了空中触发闪电的放电特征,估算了火箭上升时的电参数。结果表明:空中触发闪电的触发高度比地面触发闪电的触发高度约大2倍。在火箭上升阶段,空中触发闪电在地面引起的电场变化为负,地面触发闪电在地面引起的电场变化为正。在两次地面触发闪电中,火箭上升路径上沉积了正电荷,其平均电荷密度分别为1.0×10 ^-5C/m和6.7×10 ^-6C/m,平均电晕电流分别为0.68mA和0.57mA;在两次空中触发闪电中,火箭上升路径上沉积的电荷在通道上端为正,下端为负,最大电荷密度分别为3.7×10 ^-5C/m和4.5×10 ^-5C/m;空中触发闪电的先导是双向传播的,在地面电场为负电场的情况下,正先导向上发展传播,负先导向下发展传播,负先导接地时产生一大的快电流脉冲。先导发展过程中地面电场变化为脉冲式的,回击过程与自然闪电特性相似,其后常伴有连续放电,并叠加有 M变化。闪电电流与其通道的相对光强有很好的正相关。

• 正环境电场中闪电先导的始发和传播
• 王才伟;刘欣生;董万胜;张翠华;肖庆复
• 1998 Vol. 17 (1): 65-74. 
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• 为了研究中国内陆高原雷暴正极性闪电放电的特点,中日两国科学家于1997年7~8月在甘肃省平凉市联合进行了人工触发闪电野外实验。利用设在离触发点约3.5km处的高速数字化摄像系统结合在闪道底部的电流测量记录,对在正环境电场中触发的两次闪电的初始先导的发生和发展特点进行了研究。资料分析表明,这两次触发闪电都是由火箭顶部始发的上行负先导传输入云而形成短暂的连续电流放电过程,整个放电持续时间分别只有17和26ms。先导在垂直方向的传输速度随时间而增加,平均值约为3.5×10 ⁵m/s。正环境电场中的先导在向云底传输过程中可能产生多个分枝,但它们一般只存在几毫秒时间就消亡了,只有少数分枝能够发展入云。主通道的亮度综合反映了各分枝亮度的变化,而它本身又与在闪道底部测量记录到的闪电放电电流变化存在很好的对应关系。

• 云闪放电过程中雨滴增长的数值试验研究
• 张敏锋;葛正谟;刘欣生
• 1998 Vol. 17 (1): 75-83. 
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• 利用二维数值模式,对雨滴在云闪放电条件下的增长进行了试验研究。分别讨论了在不同的电场、荷电量和电场角度时雨滴的增长演变及其运动状况。结果表明:二维模式中闪电放电对雨滴增长的影响与一维有明显不同。电场和荷电量作单因子变化时,雨滴在二维中随参量取值的增加变化较大。两者同时变化时,其乘积愈大雨滴增长幅度愈大。雨滴对电场角度绝对值变化的反应较为缓慢。其运动轨迹在不同的条件下均为准周期的。

• 地面电晕离子对空中引雷始发过程的影响
• 郄秀书;刘欣生;余晔;张广庶;张义军;肖庆复
• 1998 Vol. 17 (1): 84-94. 
• 摘要 ( ) PDF (446KB) ( )
• 利用已建立的"地面电晕离子的演化模式"对甘肃省平凉地区一次雷暴过程的空中电荷密度和环境电场的演化情况进行了模拟,发现地面尖端产生的电晕离子如果不被俘获便可在1min左右内到达500m的高度上。对空中引雷火箭发射前的空中电场分析表明,引雷成功的关键除有足够长的导线以使导线两端的电场产生畸变外,另一个重要的条件是火箭-导线系统顶端能处于强的环境电场中以满足顶部流光的产生和持续传输。另外,低空较强的环境电场对火箭-导线系统下端下行流光的发展和空气间隙的击穿有重要的促进作用。一次空中引雷触发高度上的电场大于50.0kV/m,火箭-导线系统下行正流光持续传输的电场值为19.0kV/m,放电过程首先起始于火箭-导线系统下端正流光的产生。根据多年的实验资料,建议实际引雷试验时,以500m高度上的电场为参考来决定火箭的发射时刻,北方雷暴大于50kV/m,南方雷暴大于25kV/m。

• 人工触发闪电与植物基因突变的研究
• 何丽霞;董万胜;冯达;李睿
• 1998 Vol. 17 (1): 95-100. 
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• 通过对人工引雷试验中进行诱变处理的植物(补血草)进行形态与细胞学观察研究,探讨了人工触发闪电导致植物发生突变的可能机理。认为人工引雷试验可作为一种物理因素或刺激条件,在植物的诱变育种中发挥一定的作用。

• 多通道高速大容量数据采集分析系统
• 董万胜;刘欣生;张广庶
• 1998 Vol. 17 (1): 101-105. 
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• 阐述了8通道高速大容量数据采集分析系统的硬件集成、操作控制及波形分析程序设计。在1997年甘肃平凉人工引雷试验中首次取得了微秒量级的闪电放电电流、电场变化、磁场等参量的同步资料。利用该系统还可对记录的闪电波形进行分析和多种信号处理。

• 人工引发雷电的静态摄影及特性分析
• 刘欣生;肖庆复
• 1998 Vol. 17 (1): 106-110. 
• 摘要 ( ) PDF (173KB) ( )
• 展示和分析了人工引发雷电的近距离静态摄影照片,从中可以获取雷电某些宏观特征的有用信息。