正极性人工触发闪电的向上负先驱脉冲放电过程研究

利用人工触发正极性闪电的综合同步探测资料,对引雷火箭上升过程中发生于金属导线顶端的向上负先驱脉冲放电过程进行了研究。除常规认识的峰值电流为十几到几十安培的先驱脉冲放电以外,高垂直分辨率电流探测系统记录到丰富的弱脉冲放电过程。所有孤立发生的脉冲放电,均为弱脉冲,且在所有常规强度的先驱脉冲(簇)放电之前约20μs,均识别到这种弱脉冲。对测量到的弱脉冲、脉冲型脉冲和波纹型脉冲进行统计,得到了各自的峰值电流(3.6 A、32.2 A、11.1 A)、上升时间(0.39μs、0.9μs、3.2μs)、持续时间(2.8μs、5.1μs、12.7μs)和转移电荷量(4.7μC、50.8μC、83.2μC)。常规强度的先驱脉冲形成了可探测的发光通道,簇状先驱脉冲的放电通道具有与自持先导初始阶段相一致的梯级发展传输特征,二维平均速度在105 m s^(−1)量级。分析相邻先驱脉冲发光通道的时空关系,发现后一次先驱脉冲放电通道的起始高度一般位于前一次先驱脉冲放电通道的顶端,通道梯级延伸时电荷分布的调整降低了通道区域的电场强度。先驱脉冲放电是金属导线顶端形成了先导但又由于条件不足而熄灭的过程。

人工触发闪电先驱电流脉冲波形特征及模拟

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,0.33μs,2.3μs,27μC,双极性脉冲相应的波形参数几何平均值分别为67 A,0.24μs,2.1μs,54μC。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。

基于人工触发闪电的风力发电机组雷电能量耦合试验研究

为了研究风力发电机组与雷电能量的耦合特征,在中国气象局广州野外雷电试验基地设计开展了试验研究。2011年7月30日的一次人工触发闪电试验中,测量得到了触发闪电电流和风机塔筒内的感应电压及感应电流。此次试验测得的触发闪电电流为衰减振荡波形的先驱脉冲电流,通过分析可知,先驱脉冲电流各个脉冲的幅值达到了850~1162.5 A;频谱为一单峰曲线,幅值呈单调快速增加趋势,在频率为351.875 kHz处幅值达到峰值,随后幅值呈单调快速衰减趋势,先驱脉冲电流能量主要集中在0~800 kHz低频段内。风机塔筒内发电机相线L2上感应电压峰值达到-8.876 kV,控制线CL上测得的感应电压峰值达到2.39 kV,发电机相线L1—L3回路测得的感应电流峰值达到1.118 kA,双绞方式敷设的回路上感应电流的峰值仅为-60.55 A。风机周围发生闪电时,风机塔筒内部电子电气线路上产生的感应电压和感应电流已经超过了终端设备的耐受水平,可能会造成其损坏。高磁导率材料可对低频段闪电磁场进行屏蔽。双绞布线方式可以最大程度降低信号线路对雷电能量的耦合。

人工触发闪电不同放电阶段电流特征关系

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25.91μC.

人工触发闪电上行正先导起始阶段放电特征

上行正先导是上行负地闪始发及下行负地闪连接中的重要放电过程,但由于观测困难,所以其始发机制仍不是十分清楚。为此,基于2014—2015年广东野外雷电综合观测试验中获取的人工触发闪电通道底部电流、近距离电场等同步观测资料,分析了触发闪电上行正先导(upward positive leader,UPL)整个起始阶段的放电特征。结果表明:UPL起始阶段通道底部电流波形表现为不连续的脉冲形式,以单个或者成组的形式出现,其中UPL连续传输之前的电流脉冲峰值、10%~90%上升时间、波形持续时间、半峰值宽度、转移电荷量、脉冲时间间隔的几何平均值(GM)分别是28 A、0.33μs、2.3μs、0.73μs、27μC、25μs,而连续传输开始时刻的电流脉冲相应的波形参数几何平均值分别为32 A、0.54μs、3.5μs、0.93μs、46μC、24μs,2者相比,连续传输开始时电流脉冲具有更大的转移电荷量。同时,UPL对应的近距离电场波形呈现出明显的梯级变化,每个电场脉冲与通道底部电流脉冲具有良好的时间对应关系,这表明触发闪电UPL在起始阶段表现出了梯级的发展特征。