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人工触发闪电先驱电流脉冲波形特征及模拟

钱勇 张阳 张义军 陈绿文 吕伟涛 郑栋 陈绍东 颜旭 徐良韬

钱勇, 张阳, 张义军, 等. 人工触发闪电先驱电流脉冲波形特征及模拟. 应用气象学报, 2016, 27(6): 716-724. DOI: 10.11898/1001-7313.20160608..
引用本文: 钱勇, 张阳, 张义军, 等. 人工触发闪电先驱电流脉冲波形特征及模拟. 应用气象学报, 2016, 27(6): 716-724. DOI: 10.11898/1001-7313.20160608.
Qian Yong, Zhang Yang, Zhang Yijun, et al. Characteristics and simulation of artificially triggered lightning precursor current pulse. J Appl Meteor Sci, 2016, 27(6): 716-724. DOI:  10.11898/1001-7313.20160608.
Citation: Qian Yong, Zhang Yang, Zhang Yijun, et al. Characteristics and simulation of artificially triggered lightning precursor current pulse. J Appl Meteor Sci, 2016, 27(6): 716-724. DOI:  10.11898/1001-7313.20160608.

人工触发闪电先驱电流脉冲波形特征及模拟

DOI: 10.11898/1001-7313.20160608
资助项目: 

国家重点基础研究发展计划项目 2014CB441405

国家自然科学基金项目 61327810

中国气象科学研究院基本科研业务费专项 2013Z006

中国气象科学研究院基本科研业务费专项 2015Z006

国家重点基础研究发展计划项目 2014CB441406

国家自然科学基金项目 41205002

详细信息
    通信作者:

    张阳, email:zhangyang@camscma.cn

Characteristics and Simulation of Artificially Triggered Lightning Precursor Current Pulse

  • 摘要: 2010—2014年夏季广州野外雷电试验基地采用了两种引雷火箭开展人工引雷试验,通过对25次经典人工触发闪电电流资料的分析,进一步证实了当火箭携带铜线时先驱电流脉冲 (precursor current pulse) 为双极性振荡型,火箭携带钢丝时先驱电流脉冲为单极性,其中单极性脉冲电流峰值、10%~90%上升时间、波形宽度和转移电荷量的几何平均值分别为26 A,0.33 μs,2.3 μs,27 μC,双极性脉冲相应的波形参数几何平均值分别为67 A,0.24 μs,2.1 μs,54 μC。双极性脉冲电流峰值的几何平均值接近是单极性的2.6倍,而波形持续时间和上升时间的几何平均值与单极性相近。利用传输线模型,模拟铜线通道底部电流波形呈双极性振荡型,而钢丝通道底部电流波形呈单极性,这与实际测量的结果比较一致,推测这两种电流波形可能是传输线特性阻抗不同所导致,在传输线顶端由先导起始放电产生的电流脉冲应为单极性。
  • 图  1  人工触发闪电电流测量示意图

    Fig. 1  Artificially triggered lightning current measurement schematic

    图  2  双极性先驱电流脉冲

    Fig. 2  Bipolar precursor current pulse

    图  3  单极性先驱电流脉冲

    Fig. 3  Unipolar precursor current pulse

    图  4  电流脉冲参数定义

    Fig. 4  Parameters of the current pulse

    图  5  两种极性的脉冲参数分布

    (a) 电流峰值,(b) 转移电荷量,(c) 持续时间,(d) 半峰值宽度,(e) 10%~90%的上升时间,(f) 10%~90%陡度

    Fig. 5  Two polarity precursor current pulse parameter distributions

    (a) peak current, (b) charge transfer, (c) time of duration, (d) half peak width, (e) 10%-90% rise time, (f) 10%-90% slope

    图  6  通道底部单极性电流脉冲

    Fig. 6  Channel bottom unipolar current pulse

    图  7  两种传输线通道底部电流波形的模拟结果

    (a) 0.2 mm铜线的模拟结果,(b) 0.2 mm钢丝的模拟结果

    Fig. 7  Simulation results of two kinds of transmission line channel bottom current waveforms

    (a) simulation results of 0.2 mm copper wire, (b) simulation results of 0.2 mm steel wire

    表  1  人工触发闪电单极性先驱电流脉冲波形参数统计

    Table  1  Unipolar precursor current pulse waveform parameters of the artificial triggered lightning

    单极性脉冲 Ip/A T10/μs S10/(kA·μs-1) TW/μs Q/μC THPW/μs
    算术平均值 28 0.39 0.08 2.4 30 0.81
    几何平均值 26 0.33 0.06 2.3 27 0.73
    标准偏差 13 0.25 0.07 0.7 12 0.38
    最大值 131 1.75 0.64 4.7 69 3.12
    最小值 13 0.08 0.01 1.0 8 0.16
    中值 24 0.32 0.06 2.4 29 0.75
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    表  2  人工触发闪电双极性先驱电流脉冲波形参数统计

    Table  2  Bipolar precursor current pulse waveform parameters of the artificial triggered lightning

    双极性脉冲 Ip/A T10/μs S10/(kA·μs-1) TW/μs Q/μC THPW/μs
    算术平均值 78 0.28 0.55 2.2 73 0.88
    几何平均值 67 0.24 0.25 2.1 54 0.70
    标准偏差 43 0.22 0.35 0.7 66 0.63
    最大值 201 1.28 1.68 5.4 302 2.35
    最小值 22 0.07 0.02 0.8 13 0.15
    中值 71 0.17 0.30 2.4 52 0.64
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    表  3  模拟数值结果

    Table  3  Simulated numerical results

    模拟结果 初始电流 铜线 钢丝
    测量结果 模拟结果 测量结果 模拟结果
    电流峰值/A 28 69 68 25 26
    波形持续时间/μs 2.8 1.8 1.6 2.1 2.6
    10%~90%上升时间/μs 0.2 0.18 0.21 0.19 0.2
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出版历程
  • 收稿日期:  2016-04-30
  • 修回日期:  2016-07-18
  • 刊出日期:  2016-11-30

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