具有不对称结构的电晕放电模型建立及应用

详细研究尖端电晕放电特征对深入探讨地闪连接过程(或称为闪击过程)以及先导发展和传播机制是极为重要的。在实际雷暴云下,地面尖端发生电晕放电时,通常均有风的存在(导致电晕扩散不对称),且地面通常具有多个尖端共存(电晕放电尖端的不对称性),在这些实际情况下,电晕离子在扩散过程中是很难对称分布的。然而由于现有的雷暴云下的电晕扩散模型多为一维模型或二维轴对称模型,对于不对称结构无法模拟,因此在模拟分析实际问题时具有一定的局限性。为了更好地模拟符合实际雷暴云环境下的电晕放电过程,建立了二维直角坐标系下的电晕放电模型。通过与实际观测和已有模式结果的对比,验证了本模式的模拟能力。并初步模拟了具有风或多针存在时的电晕放电过程,进一步证明了本模式的实际价值。

气溶胶浓度对雷暴云下地面尖端电晕放电的影响

尖端电晕放电是闪电先导触发的基础,而气溶胶作为电晕离子的载体,其浓度的不同可能会引起电晕放电特征的不同,进而影响闪电先导特征,但具体的影响程度尚未明确。为此,基于二维电晕粒子对流扩散模型,研究了不同气溶胶浓度(N_a)下的电晕放电特征,通过讨论雷暴云电场环境下,不同N_a对60 m高的塔尖周围电晕粒子时空演变的影响,揭示了尖端电晕电流(i_(cor))、空间电场(E)以及电晕电荷浓度(ρ)随N_a的变化关系。研究发现:1)当N_a低于10^(10)m^(-3)时,其对电晕放电的影响较小;当N_a高于10^(10)m^(-3)时,其影响相对明显。2)对比N_a分别为10~9和10^(10)m^(-3)两种情况,高塔尖端上空几十米范围,E差异达4 kV m^(-1)左右;上空一百米左右范围内,ρ的差异可超过1 nC m^(-3); i_(cor)峰值差异可达10%。3) i_(cor)峰值与N_a两者呈线性递减关系。因此,在实际的避雷针尖端放电研究或雷电防护设计中,当N_a大于10^(10)m^(-3)时,需考虑其对尖端放电的影响,而对于较为干净的大气环境,则可以忽略气溶胶的影响。