自然落雷の最終雷撃過程に関する研究

自然雷击最终雷击过程研究

• 批准号: 12750238
• 负责人: 王 道洪
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: Gifu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 2000
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2000 至 2001
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-12750238/
• 关键词: 雷; リーダー; 帰還雷撃; 最終雷撃過程; 超長ギャップ放電; 落雷; リーダ放電

最終雷撃過程は工学上重要である雷撃電流及び落雷点に最も関係する部分である。この最終雷撃による電界変化波形の立ち上がり部分には、穏やかに変化するスローフロント部分と、それに続き急峻に変化するファーストトランジション部分がある。本研究はこのような最終雷撃過程の解明を目的とする。そこで本研究では自然落雷の最終帰還雷撃について電界アンテナと光速ディジタルカメラによる観測を平成12年度と13年度夏季と冬季に分けて計4回行い、貴重な自然雷の電界と光の同期データを数多く得ることに成功した。用いた電界アンテナの周波数帯域は100Hz〜5MHzであり、その出力は新たに購入した12bitの分解能、サンプリング周波数12.5MHz、記録長8MWordsを有するディジタルスコープにより記録された。用いた高速ディジタルカメラはサンプリング周波数10MHzで、記録長は最大で64000フレームである。電界アンテナとALPSは、ALPSのトリガ信号をディジタルスコープに同時記録することにより、100nsの精度で時間同期していた。本研究より得たデータを基にして、スローフロントの開始点として以下の3つの場合を想定し、最終雷撃過程のモデルを検討した。(1)コネクティングリーダが進展を開始したとき、(2)下向き進展リーダとコネクティングリーダが結合したとき、(3)両リーダが結合し、その点から下向きに進展する波頭が大地に達したとき。その結果、以下のことが明らかになった。下向きリーダが高度約300m付近に進展すると地上から上向きリーダが発生する。上向きリーダもステップドリーダであり、リーダパルスが下向きリーダのパルスよりも大きい。下向きリーダの速度は4×10^6m/sであり、帰還雷撃進展速度は平均で1.2×10^8m/sとなる。スローフロント開始時には放電路下部において、発光の増大が始まる。ファーストトランジション開始時には、高度約300m付近の放電路において発光の増大が開始し、高度約100m付近の放電路において発光が急激に立ち上がる。また、放電路最下部における発光強度変化率のピーク点と電界変化のピーク点が時間的に一致し、そのとき、高度約350〜400m付近の放電路において発光の増大が開始し、高度約150〜250m付近の放電路において発光が急激に立ち上がる。これらの結果を基に最終雷撃過程のモデルを考案した。実験で得られたデータの解析を今でも進んでおり、上記結果以外にも多くの成果が期待できる。また、本研究を通じて新型雷観測用高速ディジタルカメラを開発する糸口を見出した。

最终雷击过程是与雷电流和雷击点关系最密切的部分，在工程中具有重要意义。由于该最终雷击而导致的电场变化波形的上升部分包括缓慢变化的前部部分和跟随该部分快速变化的快速过渡部分。这项研究的目的是阐明最终的雷击过程。因此，本研究利用电场天线和光速数码相机，在2000年和2000年夏冬季节对自然雷击的最终回击进行了四次观测，收集了大量有价值的数据。自然闪电的电场和光的同步成功地实现了这一点。所用电场天线的频段为100 Hz至5 MHz，其输出使用新购买的数字示波器记录，分辨率为12位，采样频率为12.5 MHz，记录长度为8 MWords。所使用的高速数码相机采样频率为10MHz，最大记录长度为64,000帧。通过在数字示波器上同时记录 ALPS 触发信号，电场天线和 ALPS 实现时间同步，精度为 100 ns。根据本研究获得的数据，我们假设以下三种情况作为慢锋的起点，并考虑最终雷击过程的模型。 (1) 当连接先导开始前进时， (2) 当向下前进的先导和连接先导结合时， (3) 当两个先导结合并且从该点向下前进的波峰到达地面时。结果，以下的事情就清楚了。当向下先导前进到大约300m的高度时，就会从地面出现向上先导。上行先导也是阶跃先导，且先导脉冲大于下行先导的脉冲。下行先导速度平均为4×10^6m/s，回程前进速度平均为1.2×10^8m/s。在慢锋开始时，放电路径底部的光发射开始增加。在第一次转变开始时，在大约300m的高度处，放电路径中的发光开始增加，并且在大约100m的高度处，放电路径中的发光快速上升。另外，放电路径最低点处的发光强度变化率的峰值点与时间上电场变化的峰值点重合，此时，放电路径中的发光强度开始增加大约350至400m的高度，并且在大约150m的高度处，光发射在大约250m的放电路径中突然上升。根据这些结果，我们设计了最终雷击过程的模型。我们仍在分析实验获得的数据，除了上述结果之外，我们还可以期待许多其他结果。通过这项研究，我们还找到了开发新型闪电观测高速数码相机的线索。

项目成果

N. Takagi: "R-L-C-G transmission line parameters for progression of return strokes"Proceedings of 5^<th> International Workshop on Physics of Lightning. 43-47 (2001)

N. Takagi：“用于回击进展的 R-L-C-G 传输线参数”第 5 届国际闪电物理研讨会论文集。

D. Wang: "Correlated Sub-microsecond E-field and High-speed Image of the Natural Lightning Attachment Process"Proceedings of the 2001 Aerospace Congress. 2882 (2001)

D. Wang：“自然闪电附着过程的相关亚微秒电场和高速图像”2001 年航空航天大会论文集。