雷电物理学期末复习-雷电学原理.pdfVIP

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（T）

r

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

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。

5

特征：传播速度为：10m/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