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人工触发闪电不同放电阶段电流特征关系

王敬轩 张阳 陈泽方 孙秀斌 樊艳峰 郑栋 范祥鹏 吕伟涛 张义军

王敬轩, 张阳, 陈泽方, 等. 人工触发闪电不同放电阶段电流特征关系. 应用气象学报, 2020, 31(2): 224-235. DOI: 10.11898/1001-7313.20200209..
引用本文: 王敬轩, 张阳, 陈泽方, 等. 人工触发闪电不同放电阶段电流特征关系. 应用气象学报, 2020, 31(2): 224-235. DOI: 10.11898/1001-7313.20200209.
Wang Jingxuan, Zhang Yang, Chen Zefang, et al. Relationship between current characteristics of rocket-triggered lightning during different discharge stages. J Appl Meteor Sci, 2020, 31(2): 224-235. DOI:  10.11898/1001-7313.20200209.
Citation: Wang Jingxuan, Zhang Yang, Chen Zefang, et al. Relationship between current characteristics of rocket-triggered lightning during different discharge stages. J Appl Meteor Sci, 2020, 31(2): 224-235. DOI:  10.11898/1001-7313.20200209.

人工触发闪电不同放电阶段电流特征关系

DOI: 10.11898/1001-7313.20200209
资助项目: 

国家自然科学基金项目 41775007

国家自然科学基金项目 41775009

国家重点研究发展计划 2017YFC1501501

中国气象科学研究院基本科研业务费专项 2018Z003

详细信息
    通信作者:

    张阳, zhangyang@cma.gov.cn

Relationship Between Current Characteristics of Rocket-triggered Lightning During Different Discharge Stages

  • 摘要: 分析了2019年夏季在广州从化人工引雷试验场获取的14次人工触发闪电通道底部电流数据,以有无回击(RS)和初始连续电流(ICC)持续时间长短2个标准对数据进行分类,研究不同触发闪电和不同放电阶段的差异和规律。研究表明:相比无回击的触发闪电,产生回击的触发闪电具有更大的先驱放电脉冲(PCP)及初始先驱放电脉冲(IPCP)的平均峰值电流、更多的IPCP总体转移电荷量、更大的ICC平均电流和总体转移电荷量以及更长的ICC持续时间;初始连续电流持续时间是回击平均峰值电流大小、首次继后回击转移电荷量大小和首次继后回击峰值电流大小的重要影响因素,且长初始连续电流的触发闪电对应的PCP及IPCP平均峰值电流也更大、平均转移电荷量也更多;PCP和IPCP平均峰值电流与ICC持续时间相关性最强,是决定ICC放电持续时间的重要因素,未能产生初始连续电流的PCP脉冲簇其平均转移电荷量小于初始先驱放电脉冲簇,其转化的关键阈值之一是平均转移电荷量大于25.91 μC。
  • 图  1  人工触发闪电通道底部电流波形及局部放大波形

    (a)电流的整体波形,(b)单个放大显示的先驱放电脉冲,(c)放大显示的起始先驱放电脉冲,(d)放大显示的初始连续电流,(e)单个回击放大波形

    Fig. 1  Channel-base current of triggered lightning and the amplified waveform

    (a)the whole current waveform, (b)a precursor current pulse for a single amplified display, (c)the initial precursor current pulse for the amplified display, (d)the initial continuous current for the amplified display, (e)a return stroke (RS) for the amplified display

    图  2  地面静电场的电场强度与PCP阶段总时间关系

    Fig. 2  Relationship between electric field intensity of ground electrostatic field and total time of PCP stage

    图  3  ICC持续时间与回击平均峰值电流(a)、首次继后回击峰值电流(b)、回击平均转移电荷量(c)和首次继后回击转移电荷量(d)关系

    Fig. 3  ICC duration versus average peak current of RSs(a), peak current of first subsequent RS(b), average transfer charge of RSs(c) and transfer charge of first subsequent RS(d)

    图  4  ICC总体转移电荷量与回击平均峰值电流(a)、首次继后回击峰值电流(b)、回击平均转移电荷量(c)和首次继后回击转移电荷量(d)关系

    Fig. 4  Relationship between the total transfer charge of ICC and the average peak current of RSs(a), the peak current of the first subsequent RS(b), the average charge transfer of RSs(c), and the charge transfer of the first subsequent RS(d)

    图  5  PCP平均峰值电流与首次继后回击转移电荷量(a)和回击平均峰值电流(b)以及IPCP平均峰值电流与首次继后回击转移电荷量(c)和回击平均峰值电流(d)关系

    Fig. 5  Relationship between the average peak current of PCP and the transfer charge of the first subsequent RS(a), average peak current of RSs(b), and relationship between the average peak current of IPCP and transfer charge of the first subsequent RS(c), average peak current of RSs(d)

    图  6  PCP平均峰值电流(a)、PCP平均转移电荷量(b)、IPCP平均峰值电流(c)和IPCP平均转移电荷量(d)与ICC持续时间关系

    Fig. 6  Relationships between the duration of ICC with the average peak current of PCP(a), the average charge transfer of PCP(b), the average peak current of IPCP(c) and the average charge transfer of IPCP(d)

    图  7  编号630的人工触发闪电的初始阶段电流波形(a)和PCP脉冲转移电荷量(b)分布

    Fig. 7  Current waveform(a) and charge transfer distribution of current pulse(b) in initial stage of sample No.630

    表  1  2019年6—7月14次人工触发闪电底部电流数据基本特征

    Table  1  Basic characteristics of 14 rocket-triggered lightning bottom current data from Jun to Jul in 2019

    日期 闪电编号 触发方式 闪电极性 回击次数
    06-05 900 传统 2
    06-05 780 传统 12
    06-06 053 传统 3
    06-06 41 传统 5
    06-06 05 传统 1
    06-11 66 传统 8
    06-11 570 传统 7
    06-04 370 传统 0
    06-05 190 传统 0
    07-22 630 传统 0
    07-22 110 传统 0
    07-22 140 传统 0
    07-23 120 传统 0
    07-23 860 传统 0
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    表  2  总体电流特征统计表

    Table  2  Overall current characteristics

    统计参量 几何平均值 最大值 最小值
    PCP峰值电流/A 10.831 68.374 4.774
    PCP转移电荷量/μC 11.029 82.257 0.074
    PCP半峰宽/μs 0.649 0.773 0.528
    PCP上升沿时间(10%~90%)/μs 0.487 3.000 0.100
    IPCP峰值电流/A 17.179 70.085 5.718
    IPCP转移电荷量/μC 37.479 87.367 5.303
    IPCP半峰宽/μs 1.036 1.467 0.656
    IPCP上升沿时间(10%~90%)/μs 0.733 2.600 0.100
    ICC平均电流/A 36.147 161.258 2.349
    ICC总体转移电荷量/C 3.667 60.074 0.003
    ICC持续时间/ms 101.437 561.916 1.163
    RS峰值电流/kA 12.292 36.449 3.341
    RS转移电荷量/C 0.796 5.318 0.163
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    表  3  两类触发闪电PCP, IPCP和ICC参数

    Table  3  Parameters of PCP, IPCP and ICC duration for with or without triggered lightning

    统计参量 有回击(几何平均) 无回击(几何平均)
    PCP平均峰值电流/A 15.59 9.05
    PCP总体转移电荷量/μC 1127.08 1649.02
    IPCP平均峰值电流/A 23.12 12.13
    IPCP总体转移电荷量/μC 381.96 262.59
    ICC平均电流/A 89.06 12.62
    ICC总体转移电荷量/C 25.70 0.38
    ICC持续时间/ms 288.61 29.95
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    表  4  初始长、短、极短连续电流的触发闪电对应的PCP和IPCP主要参数

    Table  4  PCP and IPCP parameters corresponding to triggered lightning with initial long, short, very short continuous current

    统计参量 初始长连续电流 初始短连续电流 初始极短连续电流
    PCP平均峰值电流/A 22.07 12.94 8.45
    PCP平均转移电荷量/μC 22.87 18.47 12.47
    PCP总体转移电荷量/μC 1109.65 1734.82 1712.78
    IPCP平均峰值电流/A 27.52 16.79 11.17
    IPCP平均转移电荷量/μC 49.02 40.50 33.55
    IPCP总体转移电荷量/μC 446.81 128.07 285.76
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-10-08
  • 修回日期:  2019-12-18
  • 刊出日期:  2020-03-31

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