留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

人工触发闪电M分量的电流与电磁场特征

肖桐 张阳 吕伟涛 郑栋 张义军

肖桐, 张阳, 吕伟涛, 等. 人工触发闪电M分量的电流与电磁场特征. 应用气象学报, 2013, 24(4): 446-454..
引用本文: 肖桐, 张阳, 吕伟涛, 等. 人工触发闪电M分量的电流与电磁场特征. 应用气象学报, 2013, 24(4): 446-454.
Xiao Tong, Zhang Yang, Lü Weitao, et al. Current and electromagnetic field of M component in triggered lightning. J Appl Meteor Sci, 2013, 24(4): 446-454.
Citation: Xiao Tong, Zhang Yang, Lü Weitao, et al. Current and electromagnetic field of M component in triggered lightning. J Appl Meteor Sci, 2013, 24(4): 446-454.

人工触发闪电M分量的电流与电磁场特征

资助项目: 

中国气象科学研究院基本科研业务费专项 2012Y006

科技部科研院所技术开发专项 2011EG137226

国家自然科学基金重点项目 41030960

国家自然科学基金项目 41205002

详细信息
    通信作者:

    肖桐,email: 78025224@qq.com

Current and Electromagnetic Field of M Component in Triggered Lightning

  • 摘要: 利用2008—2010年在广州从化人工触发闪电试验中观测到的闪电通道底部电流、近距离电场以及近距离磁场数据资料,对人工触发闪电M过程的电流和电磁场特征及相关性进行了分析。统计分析结果显示:M分量电场波形持续时间和10%~90%上升时间几何平均值分别为0.49 ms和0.12 ms;电流波形持续时间、10%~90%上升时间和电流变化的几何平均值分别为0.53 ms, 0.11 ms和0.34 kA;磁场波形持续时间、10%~90%上升时间和磁场变化的几何平均值分别为0.65 ms, 0.16 ms和2.76×10-5T。此外,M分量的电流、电场及磁场波形间存在一定的相互关系。相关分析结果表明:M分量的电磁场与电流资料在峰值幅度上具有较显著相关性,几何形状也较为一致,利用电磁场资料反演M分量的电流波形具有可行性。
  • 图  1  触发闪电第2次回击的电场、通道底部电流、磁场变化波形

    Fig. 1  The electric filed,channel base current and magnetic field changes of the second return stoke in triggered lightning

    图  2  第2次回击后一次M分量的放大图

    Fig. 2  The enlarged waveform of once M-component after second return stroke in triggering lightning

    图  3  滤波前 (a) 与滤波后 (b) 电流变化

    Fig. 3  The current data before filtering (a) and after filtering (b)

    图  4  M过程特征参量示意图

    Fig. 4  Characteristic parameters of M-component

    图  5  电磁场与电流持续时间直方图

    (a) 磁场与电流持续时间,(b) 电场与电流持续时间,(c) 磁场与电流上升时间,(d) 电场与电流上升时间,(e) 磁场与电流半峰值宽度,(f) 电场与电流半峰值宽度,(g) 磁场与电流波尾时间, (h) 电场与电流波尾时间

    Fig. 5  The statistic histograms of duration magnetic and electric versus current

    (a) duration of magnetic versus current, (b) duration of electric versus current, (c) rise time of magnetic versus current, (d) rise time of electric versus current, (e) half-peak width of magnetic versus current, (f) half-peak width of electric versus current, (g) decline time of magnetic versus current, (h) decline time of electric versus current

    图  6  磁场与电流峰值 (a) 及电场与电流峰值 (b) 散点图

    Fig. 6  Scatter of amplitude of current versus magnetic (a) and current versus electric (b)

    表  1  电流资料中M分量参数的统计结果

    Table  1  Statistic results of M-component parameters for current waveform

    参数 样本量 算数平均值 几何平均值 中值 标准偏差
    持续时间/ms 31 0.63 0.53 0.5 0.41
    10%~90%上升时间/ms 31 0.13 0.11 0.12 0.11
    波尾时间/ms 31 0.34 0.31 0.34 0.13
    半峰值宽度/ms 30 0.20 0.17 0.15 0.13
    电流幅度/kA 31 0.47 0.34 0.32 0.39
    下载: 导出CSV

    表  2  电场资料中M分量参数的统计结果

    Table  2  Statistic results of M-component parameters for electric field waveform

    参数 样本量 算数平均值 几何平均值 中值 标准偏差
    持续时间/ms 24 0.52 0.49 0.47 0.24
    10%~90%上升时间/ms 24 0.15 0.12 0.10 0.12
    波尾时间/ms 24 0.30 0.28 0.30 0.09
    半峰值宽度/ms 23 0.17 0.15 0.16 0.07
    电场相对变化 24 0.54 0.38 0.32 0.51
    下载: 导出CSV

    表  3  磁场资料中M分量参数的统计结果

    Table  3  Statistic results of M-component parameters for magnetic field waveform

    参数 样本量 算数平均值 几何平均值 中值 标准偏差
    持续时间/ms 18 0.68 0.65 0.66 0.24
    10%~90%上升时间/ms 18 0.19 0.16 0.14 0.12
    半峰值宽度/ms 17 0.23 0.21 0.24 0.1
    波尾时间/ms 18 0.38 0.37 0.36 0.1
    磁场幅度/10-5T 18 4.66 2.76 2.53 5.87
    下载: 导出CSV

    表  4  电流与电磁场资料各项参数的相关分析

    Table  4  Correlation of parameters of current and electromagnetic field waveform

    参数 电流与磁场相关系数 电流与电场相关系数
    峰度 0.93 0.86
    持续时间 0.62 0.64
    10%~90%上升时间 0.86 0.69
    半峰宽度 0.76 0.77
    波尾时间 0.55 0.39
    下载: 导出CSV
  • [1] 王道洪, 郄秀书, 郭昌明.雷电与人工引雷.上海:上海交通大学出版社, 2000:131-132. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-SYQY201603027.htm
    [2] Malan D J, Collens H.Progressive Lightning Ⅲ—The Fine Structure of Return Lightning Strokes.Proc R Soc London:Ser A, 1937, 162:175-203. doi:  10.1098/rspa.1937.0175
    [3] Thottappillil R, Goldberg J D, Rakov V A, et al.Properties of M components from currents measured at triggered lightning channel base.J Geophys Res, 1995, 100:25711-25720. doi:  10.1029/95JD02734
    [4] Fisher R J, Schnetzer G H, Thottappillil R, et al.Parameters of triggered-lightning flashes in Florida and Alabama.J Geophys Res, 1993, 98:22887-22908. doi:  10.1029/93JD02293
    [5] Rakov V A, Uman M A.Lightning:Physics and Effects.New York:Cambridge University Press, 2003.
    [6] 李俊, 张义军, 吕伟涛, 等.一次多回击自然闪电的高速摄像观测.应用气象学报, 2008, 19(4):401-411. doi:  10.11898/1001-7313.20080403
    [7] 郑栋, 孟青, 吕伟涛, 等.北京及其周边地区夏季地闪活动时空特征分析.应用气象学报, 2005, 16(5):638-644. doi:  10.11898/1001-7313.20050510
    [8] 张文娟, 孟青, 吕伟涛, 等.时间差闪电监测网的误差分析和布局优化.应用气象学报, 2009, 20(4):402-410. doi:  10.11898/1001-7313.20090403
    [9] 张义军, 孟青, 马明, 等.闪电探测技术发展和资料应用.应用气象学报, 2006, 17(5):611-620. doi:  10.11898/1001-7313.20060504
    [10] 李俊, 吕伟涛, 张义军, 等.一次多分叉多接地的空中触发闪电过程.应用气象学报, 2010, 21(1):95-100. doi:  10.11898/1001-7313.20100113
    [11] Thottappillil R, Rakov V A, Uman M A.K and M changes in close lightning ground flashes in Florida.J Geophys Res, 1990, 95:18631-18640. doi:  10.1029/JD095iD11p18631
    [12] 张义军, 刘欣生, 王才伟, 等.空中人工触发闪电试验及特性分析.高原气象, 1998, 17(1):55-64. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GYQX801.005.htm
    [13] Rachidi F, Bermudez J L, Rubinstein M, et al.On the estimation of lightning peak currents from measured fields using lightning location systems.Journal of Electrostatics, 2004, 60:121-129. doi:  10.1016/j.elstat.2004.01.010
    [14] Uman M A, Krider E P.A review of natural lightning:Experimental data and modeling.IEEE Tansactions on Electromagnetic Compata-bility, 1982, 24(2):79-112.
    [15] Hubert P, Laroche P.Triggered lighting in New Mexico.J Geophys Res, 1984, 89(2):2511-2521.
    [16] 周忠华, 刘欣生.人工触发闪电放电电流的间接测量及其特征分析.高原气象, 1993, 12(1):67-76. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GYQX199301008.htm
    [17] Malan D J, Schonland B F J. Progressive Lightning, 7, Directly Correlated Photographic and Electrical Studies of Lightning from Near Thunderstorm.Proc R Soc London:Ser A.1947, 191:485-503.
    [18] 赵阳, 郄秀书, 陈明理, 等.人工触发闪电中的M分量特征.高原气象, 2011, 30(2):508-517. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GYQX201102028.htm
    [19] Miki M, Shindo T, Rakov V A, et al.Characterization of Current Pulses Superimposed on The Continuous Current in Upward Lightning Initiated From Tall Objects and in Rocket-Triggered Lightning//Paper of 28th International Conference on Lightning Protection.Kanazawa, Japan, 2006.
    [20] Hussein A M, Janischewskyj W, Chang J S, et al.Simultaneous measurement of lightning parameters for strokes to the Toronto Canadian National Tower.J Geophys Res, 1995, 100(5):8853-8861.
  • 加载中
图(6) / 表(4)
计量
  • 摘要浏览量:  3843
  • HTML全文浏览量:  1066
  • PDF下载量:  864
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2012-11-19
  • 修回日期:  2013-04-01
  • 刊出日期:  2013-08-31

目录

    /

    返回文章
    返回