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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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  • [1] Qie X, Zhang Y, Yuan T, et al.A review of atmospheric electricity research in China.Adv Atmos Sci, 2014, 32(2):169-191. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/dqkxjz-e201909008
    [2] 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:  10.3969/j.issn.1001-7313.2006.05.011
    [3] 马明, 吕伟涛, 张义军, 等.1997-2006年我国雷电灾情特征.应用气象学报, 2008, 19(4):393-400. doi:  10.3969/j.issn.1001-7313.2008.04.002
    [4] 高燚, 张义军, 张文娟, 等.我国雷击致人伤亡特征及易损度评估区划.应用气象学报, 2012, 23(3):294-303. doi:  10.3969/j.issn.1001-7313.2012.03.005
    [5] Newman M M, Stahmann J R, Robb J D, et al.Triggered lightning strokes at very close range.J Geophys Res Atmos, 1967, 72(18):4761-4764. doi:  10.1029/JZ072i018p04761
    [6] Fieux R, Gary C, Hubert P.Artificially triggered lightning above land.Nature, 1975, 257:212-214. doi:  10.1038/257212a0
    [7] 吕伟涛, 张义军, 周秀骥, 等.火箭触发闪电通道的亮度特征分析.气象学报, 2007, 65(6):983-993. doi:  10.3321/j.issn:0577-6619.2007.06.016
    [8] 张其林, 郄秀书, 孔祥贞, 等.人工引发闪电和自然闪电回击电流波形的对比分析.中国电机工程学报, 2007, 27(6):67-71. doi:  10.3321/j.issn:0258-8013.2007.06.015
    [9] Yang J, Qie X, Zhang G, et al.Magnetic field measuring system and current retrieval in artificially triggering lightning experiment.Radio Sci, 2008, 43(2), DOI: 10.1029/2007RS003753.
    [10] Sun Z, Qie X, Jiang R, et al.Characteristics of a rocket-triggered lightning flash with large stroke number and the associated leader propagation.J Geophys Res Atmos, 2014, 119(23):13388-13399. doi:  10.1002/2014JD022100
    [11] Zhang Y, Chen S, Zheng D, et al.Experiments on lightning protection for automatic weather stations using artificially triggered lightning.LEEJ T Electr Electr, 2013, 8(4):313-321. doi:  10.1002/tee.21861
    [12] Jiang R, Qie X, Yang J, et al.Characteristics of M-component in rocket-triggered lightning and a discussion on its mechanism.Radio Sci, 2013, 48(5):597-606. doi:  10.1002/rds.20065
    [13] Hubert P, Laroche P, Eybert-Berard A, et al.Triggered lightning in New Mexico.J Geophys Res Atmos, 1984, 89(D2):2511-2521. doi:  10.1029/JD089iD02p02511
    [14] Wang D, Rakov V A, Uman M A, et al.Characterization of the initial stage of negative rocket-triggered lightning.J Geophys Res Atmos, 1999, 104(D4):4213-4222. doi:  10.1029/1998JD200087
    [15] Lu G, Zhang H, Jiang R, et al.Characterization of initial current pulses in negative rocket-triggered lightning with sensitive magnetic sensor.Radio Sci, 2016, 51(9):1432-1444. doi:  10.1002/2016RS005945
    [16] Fan Y, Lu G, Jiang R, et al. Characteristics of electromagnetic signals during the initial stage of negative rocket-triggered lightning.J Geophys Res Atmos, 2018, 123(20):11625-11636. doi:  10.1029/2018JD028744
    [17] Zhang Y, Krehbiel P, Zhang, et al.Observations of the initial stage of a rocket-and-wire-triggered lightning discharge.Geophys Res Lett, 2017, 44(9):4332-4340. doi:  10.1002/2017GL072843
    [18] 张志孝, 郑栋, 张义军, 等.闪电初始阶段和尺度判别方法及其特征.应用气象学报, 2017, 28(4):414-426. doi:  10.11898/1001-7313.20170403
    [19] Qie X, Zhang Y.A Review of atmospheric electricity research in China from 2011 to 2018.Adv Atmos Sci, 2019, 36(9):994-1014. doi:  10.1007/s00376-019-8195-x
    [20] 张义军, 周秀骥.雷电研究的回顾和进展.应用气象学报, 2006, 17(6):829-834. doi:  10.3969/j.issn.1001-7313.2006.06.019
    [21] Zhang Y, Zhang Y J, Xie M, et al.Characteristics and correlation of return stroke, M component and continuing current for triggered lightning.Electr Pow Syst Res, 2016, 139:10-15. doi:  10.1016/j.epsr.2015.11.024
    [22] 周方聪, 张义军, 吕伟涛, 等.人工触发闪电连续电流过程与M分量特征.应用气象学报, 2014, 25(3):330-338. doi:  10.3969/j.issn.1001-7313.2014.03.010
    [23] 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. doi:  10.3969/j.issn.1001-7313.2013.04.007
    [24] 张义军, 杨少杰, 吕伟涛, 等.2006-2011年广州人工触发闪电观测试验和应用.应用气象学报, 2012, 23(5):513-522. doi:  10.3969/j.issn.1001-7313.2012.05.001
    [25] 张阳, 钱勇, 张义军, 等.人工触发闪电上行正先导起始阶段放电特征.高电压技术, 2017, 43(5):1602-1608. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=gdyjs201705028
    [26] Jiang R, Qie X, Wang C, et al.Propagating features of upward positive leaders in the initial stage of rocket-triggered lightning.Atmos Res, 2013, 61(3):553-560. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=8cfe50d6a4c592e8a3cfbea0faead08b
    [27] 周方聪.地闪连续电流过程的光电观测与特征分析.成都: 成都信息工程学院, 2012.
    [28] 赵阳, 郄秀书, 孔祥贞, 等.人工触发闪电电流波形特征参数分析.物理学报, 2009, 58(9):6616-6626. doi:  10.3321/j.issn:1000-3290.2009.09.119
    [29] Zheng D, Zhang Y, Zhang Y, et al.Characteristics of the initial stage and return stroke currents of rocket-triggered lightning flashes in southern China.J Geophys Res Atmos, 2017, 122(12):6431-6452. doi:  10.1002/2016JD026235
    [30] 颜鲁林.利用SPSS对大学生学习注意力集中程度进行多元线性回归分析.兰州: 兰州大学, 2012. http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10730-1012373954.htm
    [31] 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
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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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