云闪放电通道发展及其辐射特征.PDF

第22 卷　第3 期 高　原　气　象 Vol.22　No.3 2003 年6月 　　　　　　　　　　　PLATEAU ETEOROLOGY　　　　　　　　　　　　　　 June, 2003 文章编号:1000-0534(2003)03-0221-05 云闪放电通道发展及其辐射特征 董万胜, 刘欣生, 张义军, 王怀斌 (中国科学院 寒区旱区环境与工程研究所, 甘肃兰州　730000) 摘　要:利用闪电宽带干涉仪系统, 对中国南方(广东)地区云闪时空演变特征、 辐射及其相应电场变 化特征进行分析研究。根据云闪电场变化波形, 云闪放电过程可划分成活跃阶段和最后阶段, 辐射源 5 定位结果表明, 云闪放电起始于向上发展的负击穿过程, 通道向上发展的速度约为 3～ 3.3×10 m· -1 s 。云闪放电的主通道在活跃阶段形成, 该期间辐射源随时间演变和相应电场变化表明, 云内电荷结 构具有上正下负的偶极性电荷结构。云闪的最后阶段辐射源主要在早期形成的通道内出现, 其辐射源 活动特征与地闪的回击过程比较相似;云闪辐射能量主要集中在2～3 Hz 以下的低频段, 且辐射强 度随频率增加迅速减弱。 关键词:宽带干涉仪;云闪;频谱;电磁辐射 中图分类号:P422.9 文献标识码:A 域, 而最后阶段主要为发生在主负电荷区域, 且水 1　引言 平发展的负流光。本文通过利用宽带干涉仪系统对 　　对云闪放电过程的研究一直为雷电研究者们所 云闪放电过程的观测结果, 从闪电辐射源时空演变 重视, 但由于云体在光学频段是不透明的, 常规的 特征、辐射频谱特征和相应电场变化记录对云闪不 光学观测手段受到限制, 到目前为止, 人们对云闪 同时段放电过程进行了较为详细地分析。 的了解相对较少。很多人利用各种模式对云闪起始 2　观测场地与设备 位置和各阶段电荷运动方式进行了广泛的研究, 得 [1] 到的结果相对比较混乱。如Bils等 发现云闪在初 　　本文分析的资料来自于 1999 年在广州从化地 [2] 区进行的雷电观测实验, 该区位于珠江入海口北侧 期阶段比所谓活跃阶段更活跃;Ogawa等 认为云 闪初始阶段上部正电荷缓慢向主负电荷区域发展, 丘陵地带, 海拔约 130 m, 属热带、亚热带气候, 随后激发一系列向上发展的负极性反冲流光, 对应 春、夏季多有雷暴系统过境。本研究所用的宽带干 [3] [4, 5] 云闪后期的K 电场变化;Smith 、Nakano等 涉仪系统硬件结构及系统探测精度等参数指标已在 利用多站电场变化观测得出了相反的结论, 即云闪 文献[9, 10]中有详细的描述。放置在正方形三个 [6] 起始于主负电荷区;Weber 等 利用雷声定位的方 顶点上的完全相同的平板天线构成正交基线, 基线 法观测发现, 云闪既可作为起始于上部正电荷区域 长度为10 m。天线利用三根完全相同的、50 m 长 的一个向下发展的正击穿过程, 也可由起始于负电 的同轴电缆通过低端截止频率为25 Hz 的高通滤 [7] 荷区域的向上负击穿引起。Liu 等 利用折线流光 波器与一台四通道示波器相连, 输入阻抗选择50 模式对云闪的研究结果表明, 云闪由起始于负电荷 Ψ。 示波器带宽为 1GHz, 分辨率 8bit, 每个通道 区的向