一次人工引发闪电初始电流及其电磁场变化特征-高原气象
由一次自动气象站遭遇雷击引发的思考
理论与方法218 2015年23期由一次自动气象站遭遇雷击引发的思考朱丽新疆省阿勒泰地区哈巴河县气象局，新疆哈巴河 836700摘要：通过对哈巴河县气象局自动气象站一次雷击故障的应急处理过程分析，总结出几种自动气象站常见的故障应急处置流程，以供大家在平时工作中参考之用。
关键词：自动气象站；雷击；故障处理中图分类号：P415.12 文献标识码：A 文章编号：1671-5780(2015)23-0218-01受主客观因素的影响，地面气象观测中所碰到的突发问题具有不可预测性。
数据缺测，报文逾限等都会影响到集体及个人的测报质量。
因此，遇到此类事件的发生，应立即启动地面观测应急预案，按照应急预案的要求有条不紊地进行，最大限度挽救观测数据，使观测资料能真实反映或接近当时天气实况，以保证历史数据资料库的完整。
本文通过对哈巴河县气象局自动气象站一次雷击故障的应急处理过程，为其他自动气象站处置类似故障提供一些方法，以供参考。
1 典型实例哈巴河国家基本气象站在2014年之前承担着每天24小时自动观测和8次云、能见度、天气现象人工定时观测及13次航空报编发任务。
2012年7月5日16时左右，受强雷暴影响，办公楼停电，值班员立即按照停电故障应急处置流程，采用便携发电机发电，保证了计算机的正常供电。
晚20时11分，一声响雷在办公楼顶打过，采集器遭遇雷击蜂鸣不止，值班员又及时按照雷击故障应急处置流程，先按“复位”键，故障未排除，还是蜂鸣；执行下一步，将“0／1”开关置到“0”，按“复位”键进行总复位，还是蜂鸣；再执行下一步，关掉采集器，三分钟后“0”位开机，还是蜂鸣，说明自动站硬件有损坏；执行第四步，关掉采集器电源，旋下风向风速传感器插头，“0”位开机，采集器还是蜂鸣不止，说明采集器损坏，测报组长立即报告上级部门和区局网络中心，并组织观测员进行四班倒，对各气象要素值进行每小时人工观测，切实保障了24小时各气象要素正点数据的正常上传。
中国南北方雷暴及人工触发闪电电特性对比分析
1997年5月PL A T EA U M E T EO RO LO G Y M ay.1997 中国南北方雷暴及人工触发闪电电特性对比分析①②张义军③ 刘欣生 肖庆复(中国科学院兰州高原大气物理研究所,甘肃省兰州市730000) 摘 要 通过对我国南北方雷暴及人工触发闪电电特性的对比分析,发现南北方雷暴及人工触发闪电电特性有很大差异。
北方雷暴电荷结构呈三极性,人工触发闪电是在地面电场为正的情况下成功的,主要由连续电流和双极性电流脉冲组成,最大放电电流为1k A,中和电荷量只有几库仑;南方雷暴则为偶极性,触发闪电由连续电流和多次回击组成,电流峰值大于10k A。
触发闪电时地面电场均为负极性,基本在4kV/m以上;触发高度在北方最低为260m,南方最高为300m,在南方人工触发闪电更容易成功。
另外,对南北方的这些差异进行了理论探讨。
关键词 雷暴 人工触发闪电 闪电电流中图法分类号 P427.321雷暴电特性和闪电特性有很大的地区性和季节性〔1〕,近年来人工触发闪电的研究发现,对不同地区和季节的雷暴,人工触发闪电特性及触发成功率的差异较大〔2,3〕,这可能是局地环流、层结特点不同所致。
为了进一步研究其差异性,探讨可能的物理过程,我们曾在甘肃、北京地区进行了综合雷电观测和人工触发闪电试验,对于我国北方雷暴的电荷结构和人工触发闪电特性有了较多的认识,得到了一些有意义的结果〔4,5〕。
此后,我们于1994和1995年夏季在江西南昌和上海南汇地区针对南方雷暴进行了人工触发闪电试验,并对其雷暴电特性进行了综合观测。
本文利用这些观测资料对我国南北方雷暴及人工触发闪电电特性进行了综合对比分析,并进一步对南北方雷暴及触发闪电电特性的差异进行了理论探讨,提出了一些值得深入研究的问题。
1 观测和分析1989～1993年夏季在北方地区(甘肃永登和北京康庄)进行的人工触发闪电试验,我①收稿日期:1996-02-07②本工作得到国家自然科学基金(49235090)资助③第一作者简介:张义军,男,1963年12月出生,硕士,副研究员,主要从事大气电学的研究114高 原 气 象16卷们对近40次雷暴过程进行了综合观测,共触发闪电14次。
【精品】-》一次雷击事件的分析与探讨
------------------------------------- Docin Choose -------------------------------------精 品 推 荐↓优 秀 文 档The Best Literature --------------------------- The Best Literature如果遇到关键文字缺失的情况，请用Adobe Acrobat软件（文档-裁剪页面-删除白边距）对文章进行修改，就可以显示出来了。
0 引言雷电是自然界最壮观和重要的大气现象之一，伴随雷电有声、光、电等多种物理现象，在自然灾害中，雷电引起的灾害是世界上十大自然灾害之一，全世界每年因雷击造成的经济损失达10亿美元以上，2007年9月的一天，富蕴县夏牧场200多只羊被雷击死了，象这样的雷击事件在富蕴县境内尚属首例。
1 富蕴简介富蕴县地处新疆北部阿尔泰山脉，与哈萨克斯坦接壤，有中国唯一一条倒流河（额尔齐斯河）自境外流入境内，再流入境外进入北冰洋。
山体绵连，属干旱、半干旱大陆型气候。
夏牧场位于大山深处，群山环绕，有大面积的原始森林覆盖，夏天草木茂盛，山泉及湿地汇聚成流，形成小渓，潺潺流在山间小壑之中，气候变化莫测。
笔者曾在2001年身临其境感受过这大自然的神奇伟作。
2001年阿勒泰第十三届阿肯弹唱会在富蕴县夏牧场举行，我们因施放氢气球来到这里，时值8月，气候宜爽，突然间就乌云密布，雷电轰鸣，大雨瓢泼而下，第二天早上，黄豆大的冰雹下了近一个小时，地上白白的一层，气温聚降。
想到在这里发生雷击事件也绝非偶然。
2 原因分析据当时的目击者叙述，看到一条闪电从天而降到地上形成一团火球状，正好落在羊群之中，几秒钟的时间，200多只羊全部倒地而亡。
据此我推断此次雷击事件属滚地雷所致。
球状闪电是闪电中很特殊的闪电现象，球状闪电俗称滚地雷，就是一个呈圆球形的闪电球。
这是一个真实的物理现象，球状闪电常出现在强雷暴期间，与强烈的地闪同时出现，它十分光亮，大多呈橙色和红色，也有观测到黄色和绿色的。
青藏高原闪电电,磁辐射及其在信号传输线上引起感应电压特征的观测研究
五、长间隙放电产生瞬态电磁场
1 时域波形特征
660 kV充击电压施加到0.5-1m间隙上的冲击电压波 形和在附近测到的电场变化率、电场及磁场波形
a
冲击电压波形
五、长间隙放电产生瞬态电磁场
4.2E+2 2.1E+2 0.0E+0 -2.1E+2 -4.2E+2
四、闪电电磁脉冲辐射及其频谱特征
2.4 地闪子放电过程辐射频谱特征
2.15
f
•
地
闪
辐
射
云内K变化辐射频谱特征；
频
h
谱
特
征
人工触发闪电期间从地面向云内发展的正先导过程的辐射能量谱 (实线:开始阶段;虚线：云内发展阶段)；
四、闪电电磁脉冲辐射及其频谱特征
1)闪电脉冲辐射能量主要集中在几MHz以下的低频段。在25 MHz以下频段，云闪、地闪及其不同闪电放电过程期间的 宽带辐射能量谱分布的差异很小。相对来讲，地闪在较低 频段的辐射频谱比云闪更强。
3. 对所获取的试验观测资料进行分析和总结， 完成研究论文和报告1-2篇。
谢 谢！
b
电场变化率 (dE/dt) 波形
4.0E+1 2.9E+1 1.8E+1 6.2E+0 -4.7E+0
c
电场(E) 波形
X
五、长间隙放电产生瞬态电磁场
d
方 向 磁 场 波 形
e
方 向 磁 场 波 形
Y
五、长间隙放电产生瞬态电磁场
2 频谱特征
1)辐射频谱随距离 的变化
• 测量位置到放电 间隙的距离越远， 点磁场强度衰减 越大。
引雷试工回击电流特征
山东人工引发雷电实验(SHandong Artificially Triggering Lightning Experiment, SHATLE)自 2005 年夏季开始(杨静等, 2006；郄秀书等, 2007)，实验地点设在山 东滨州地区，该地区位于南北天气系统的交汇处，夏季常有十分强烈的雷暴系统
1979)，1989 年中国科学院高原大气物理研究所与航天部二院合作研制了人工引 雷专用火箭，并在甘肃永登引雷成功(刘欣生等, 1990)；自 1989 年起，又先后在 北京、江西、上海、广东、山东等地引雷成功，得到了人工引发雷电的基本过程 以及南、北方人工引发雷电的差别等一批研究成果(如：Liu et al., 1994; 郄秀书 等, 1998; Chen et al., 2003; 张义军等, 2003)， 并实现了传统和空中两种引雷方式。 火箭所携带的导线与引流杆之间连接方式的不同会导致放电过程的差异。 在空中 引雷方式中，我国采用的尼龙线长度一般是 80 m 左右，而法国采用的尼龙线长 度则为 400 m (Lalande et al.,1998)。在 2005 年以前，我国传统引雷实验中引雷导 线与引流杆之间连接了一段 5 m 的尼龙线，5 m 尼龙线的长度远小于空中引发雷 电所需的尼龙线长度。 Yang et al.(2009)对连接有 5 m 尼龙线的引发雷电和传统引
刊
4）中国科学院寒区旱区环境与工程研究所，兰州 730000
学 科 气 大
段上行正先导的发展速度约为 0.96×105 m/s。 关键词：人工引发雷电，回击，放电电流，近距离电磁场，光学特征
摘要：山东人工引发雷电实验（SHATLE）自 2005 年开始，六年来共成功
引发负极性闪电 22 次，包含大电流回击过程 88 次，实验获取了包括闪电放电通 道底部电流、近距离电磁场和高速摄像等在内的高质量同步观测资料。对 36 次 实测回击电流的统计分析表明，回击峰值电流的几何平均值为 12.1 kA，最大值 为 41.6 kA，最小值为 4.4 kA。回击电流波形的半峰值宽度范围在 1-68 s 之间，
两次强雷暴系统中雷电的人工引发及其特征放电参量的测量与估算
两次强雷暴系统中雷电的人工引发及其特征放电参量的测量与估算两次强雷暴系统中雷电的人工引发及其特征放电参量的测量与估算中纬度地区的雷电灾害常由过境的强雷暴系统引起,但是自然雷电放电电流的直接测量十分困难.2005年夏季在两次强雷暴系统过境期间,利用火箭拖带金属导线的人工引发雷电技术,成功引发雷电5次,并在放电通道底部测量到了完整的1μs时间分辨率的雷电电流波形以及距雷电通道水平距离为60和550 m处的同步地面电场变化资料.研究表明,5次人工引发雷电都包含有1～10次不等的大电流回击放电过程,电流峰值平均为11.9 kA,变化范围为6.6～21.0 kA,与自然雷电继后回击电流峰值基本一致.回击电流波形的半峰值宽度为39 μs,较通常结果要大.回击电流峰值IP(单位:kA)和中和的电荷量Q(单位:C)之间满足关系式:IP=18.5 Q0.65.在60和550 m处,回击引起的微秒量级辐射场变化分别为5.9和0.39 kV/m,随水平距离r(m)的增加回击辐射场以r-1.119的规律衰减.根据传输线电流模式,估算的回击速度为1.4×108 m/s,变化范围为(1.1～1.6)×108 m/s.由于人工引发雷电放电过程与自然雷电的相似性,所得到的结果可应用于自然雷电灾害的防护设计中.作者：郄秀书张其林周筠珺冯桂力张廷龙杨静孔祥贞肖庆复吴书君作者单位：郄秀书(中国科学院寒区旱区环境与工程研究所,兰州,730000;中国科学院大气物理研究所,北京,100029)张其林,周筠珺,冯桂力,张廷龙,杨静,孔祥贞,肖庆复(中国科学院寒区旱区环境与工程研究所,兰州,730000)吴书君(山东省滨州气象局,滨州,256612)刊名：中国科学D辑ISTIC PKU英文刊名：SCIENCE IN CHINA(SERIES D) 年，卷(期)：2007 37(4) 分类号：P5 关键词：人工引发雷电特征放电参量电流波形近距离电场变化强雷暴。
云-地闪电的传输线模式及回击电流速度
云-地闪电的传输线模式及回击电流速度
陈明理;刘欣生
【期刊名称】《高原气象》
【年(卷),期】1995(14)4
【摘要】利用Ｍａｘｗｅｌ′ｓ方程组及回击产生的电磁辐射场的谱特征，给出了垂直于非完全导体地面之上的回击通道产生的地表电场垂直分量表达式，从而克服了由镜像法的不适用带来的误差。
考虑到回击速度与通道中电流传播速度是两个不同的概念，提出回击通道中电流的速度应接近于光速（ｃ），而与回击速度不同。
回击锋面是通道中的离子被电流加速后发生更强一级电离的锋面，它滞后于电流。
基于上述两点，对传输线模式进行了改进。
【总页数】11页(P385-395)
【关键词】回击;传输线模式;电流速度;云;闪电
【作者】陈明理;刘欣生
【作者单位】中国科学院兰州高原大气物理研究所
【正文语种】中文
【中图分类】P427.3
【相关文献】
1.回击电流速度变化对沿雷电通道回击\r电流的影响研究 [J], 马洪雨;帕孜来·马合木提;罗建春
2.基于Biexponential基电流传输线通道模型的地闪回击近场电磁环境 [J], 张子
恒; 田杨萌; 王彩霞
3.云—地闪电地面水平电场在不同回击速度和地电参数时的波形特性 [J], 于建立;樊亚东;周蜜;蔡力
4.人工引发闪电和自然闪电回击电流波形的对比分析 [J], 张其林;郄秀书;孔祥贞;周筠珺;杨静;张廷龙;冯桂力;肖庆复
5.传输线模式与地闪回击电流速度 [J], 陈明理;刘欣生
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
闪电过程中电磁辐射功率的变化特征
闪电过程中电磁辐射功率的变化特征赵金翠;袁萍;岑建勇;李亚珺;王杰【期刊名称】《光谱学与光谱分析》【年(卷),期】2015(000)006【摘要】Combining the spectra of could‐to‐ground lightning discharge processes obtained by a slit‐less spec‐trograph with synchronous electric field information ,the temperature ,the conductivity ,the current peak , electromagnetic power peak and the luminance of the discharge channel are calculated .The values are in a nor‐mal range reported by references .The correlation among cut‐off time before a subsequent return stroke ,the luminance and electromagnetic power peak of the channel is discussed .The change trends of the conductivity , the current peak and electromagnetic power peak are also investigated .The results show when cut‐off time is long ,neutralized charges will grow ,the c urrent will rise and electromagnetic power radiated from the channel will increase .When the conductivity and the peak of the electric field change increase simultaneously ,the cur‐rent in the channel will rise and electromagnetic power radiated from the channel will be greater .This work will provide some references for calculating optical and electromagnetic energy radiated by lightning discharge processes .%利用无狭缝摄谱仪获得的地闪回击光谱，结合同步电场资料，计算了一次闪电放电过程中的通道温度、电导率、回击电流峰值、通道光亮度和电磁功率峰值等参数，均在文献报道的合理范围内。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
1
2
1
1
1
摘 要 : 研制了近距离闪电磁场变化测量系统 , 并在 2005 年夏季山东滨州的人 工引发闪电 试验中 , 获 得了闪电电流和距闪电通道 60 m 处的 1 μ s 时间分辨率的电磁场变化同步 观测资料 。 本 文详细分 析了 一次人工 引发闪电放电初始阶段的电流及近距离电磁场 。 本次引发闪电中火箭拖带的导 线底端通 过一 段 5 m 左右 的尼龙线与引流杆相接 , 这段空气间隙击穿放电所 产生的电 流为 720A , 对应 的 60 m 处电 场和磁感 应强度变化分别为 0 . 38 kV/ m 和 11 . 26 μT 。 对同步 资料的进 一步分 析表明 , 人工 引发闪 电 上行正先导电流脉冲时间间隔为 18 . 0 ～ 25 . 0μ s , 平均 峰值电流 为 23 . 0A , 变化范 围为 16 . 9 ～ 41 . 0A ; 单个先导 过程转移电荷量的平均值为 84 . 3μ C , 变化范围为 57 . 8 ～ 141 . 0μ C 。 60 m 处先导电场峰 值和 磁感应强 度峰值的平均值分别为 16 . 7 V/ m 和 0 . 3 μ T , 变化 范围 分别 为 8 . 7 ～ 28 . 2V/ m 和 0 . 116 ～ 0. 544 μ T 。 先导电流峰值 I p ( A) 与其 产生的磁感应强度峰值 B( μ T) 之间满足 I p =61 . 9 B +2 . 56 。 关键词 : 引发闪电 ;先导 ; 电流 ;电磁场 中图分类号 : P427 . 3 文献标识码 :A
初始连续电流构成上行雷放电的初始阶段 IS ( Ini和 Berger 等 曾对上 行雷放电的初始阶段进行了研究 , 但只得到了上行
曾对人工
收稿日期 : 2006 -04-25 ; 改回日期 : 2006 -11-21 基金项目 : 国家杰出青年科学基金项目( 40325013) ; 国家自然科学基金项目( 40675008) 共同资助 作者简介 : 杨静( 1978 —) , 女 , 河北人 , 博士研究生 , 主要从事大气电学研究 . E - mail : yangjing @lz b . ac . cn
1 引言
闪电造成的危害可分为两类 : 一类是直接雷害 ( 直击雷) , 另一类是间接雷害 ( 尤其是近距离闪电 的强电磁辐射对电子设备造成的危害) 。 而击中地 面目标的直击雷又可分为两种 : 一种是下行雷 , 即 下行先导接近地面目标时 , 将从地面目标顶端激发 一向上传输的连接先导 , 下行先导一旦与上传的连 接先导相接触 , 大电流的回击就产生了 , 地面目标 也因此遭受直接雷击
[ 8]
。 我国自 1989 年采用专用引雷火箭引 。 Wang 等
[ 13]
雷成功以来 , 对人工引雷的电磁及光学特性进行了
[ 9 -12]
利用 通道底部 测得的
。 另一种是上行雷( 这里以
电流资料 , 对负极性人工引雷初始阶段的总体特征 和连续电流脉冲特征进行了分析 , 得到初始阶段的 持续时间和电流的几何平均值分别为 279 . 0 ms 和 316 . 0A ; M iki 等
[ 6] [ 2 -5]
比较了人工引发闪电的初始阶
。 上行引发的上行雷的初始阶段 , 得到人工 引发闪电初始阶段的持续时间 、 转移电荷量和平均 电流与 Gai sberg 塔 、 Peissenbe rg 塔引发的上行雷 初始阶段的放电特征类似 ; Lalande 等
[ 15]
[ 1]
先导的时间间隔和梯级长度 。 而且 , 由于自然闪电 发生的瞬时性 、 随机性和破坏性 , 使资料的获取十 分困难 , 因而对这些放电过程的认识也受到制约 。 传统人工引发闪电与高大建筑顶端引发上行雷 的放电过程十分类似 , 而且可以在时间和空间可控 状态下进行 , 为深入认识上行雷的放电特征提供了 重要手段 深入研究
一次人工引发闪电初始电流及其 电磁场变化特征
杨 静 , 郄秀书 , 张其林 , 周筠珺 , 冯桂力 , 1 1 1 1 1 孔祥贞 , 张廷龙 , 肖庆复 , 张广庶 , 王怀斌
( 1. 中国科学院 寒区旱区环境与工程研究所 , 甘肃 兰州 730000 ; 2. 中国科学院 大气物理研究所中层大气与 全球环境探测实验室 , 北京 100029)
[ 14]
负地闪为例 ) , 即高 大建筑顶 端激发上 行正先导 , 当上行正先导到达雷暴云主负电荷区时便产生初始 连续电流 ICC ( Initial Co nt inuous Current) 过程 , 然 后是回击 RS ( Return S trokes) tial S tage) 。 McEachron 等
3 期
杨 静等 :一次人工引发闪电初始电流及其电磁场变化特征 557
引发闪电的先导特征进行了研究 , 得到先导脉冲的 时间间隔为 20 . 0 ～ 25 . 0μ s , 对应的电流为几十到 几百安培 。 但 Wang 等[ 13] 、 M iki 等[ 14] 和 Lalande 等 都没有对初始阶段的电流脉冲及其电 磁场特 征进行详细全面的分析 。 2005 年夏季 , 我们在山东 滨州进行了以 雷电 电流测量和近距离电磁场观测为主的人工引雷试验 ( 简称 S HA T L E) , 并得到了一次传统人工 引发闪 电初始阶段的电流及近距离 ( 60 m ) 电磁场 的同步 资料 。 本文主要对这次人工引发闪电的电流及其在 60 m 处产生的电磁场特征进行详 细分析 , 并与不 同地区的引发闪电和自然闪电相比较 。 这些结果对 于基础试验数据的积累和工程上的雷电防护是非常 重要的 。
第 26 卷 第 3 期 2007 年 6 月 PL AT EA U 文章编号 : 1000-0534( 2007) 03-0556 -07
高 原 气 象
M ET EORO LOG Y
V ol . 26 N o .3 June , 2007