基于人工引雷的闪电先导发展传输和宽频段电磁辐射特征与机制研究

By using the rocket-and-wire technique, this project plans to trigger lightning flashes during different thunderstorms characterized by different electrical structures. The observation campaign with integrated lightning detection system will make efforts to obtain the channel case current data, the high speed optical images resolving the lightning propagation in microsecond timescales, the 3-D VHF source locations of lightning development, the electromagnetic radiation of lightning in LF, HF, VHF, microwave and even high-energy bands, based on which the characteristics and detailed physical mechanism of lightning leaders initiation and propagation will be studied and compared, the influence of the developing environment, the discharge scale and the detailed process of the lightning development on the multi-band electromagnetic radiation will be analyzed, the generation source of high-energy radiation and its dependency on the detailed evolution of lightning leader will be investigated. The expected results will be of significant importance not only for the lightning physics, but also for the improvement of lightning protection design.

基于火箭拖带金属导线的人工引发闪电技术和高分辨率光-电-磁-电流-辐射源定位-高能辐射等综合同步观测技术，在不同电荷结构特征的雷暴过程中开展人工引雷实验，获得闪电通道底部放电电流、具有微秒量级时间分辨率的闪电先导发展光学成像、三维辐射源定位、以及从低频、高频、甚高频、微波乃至高能频段的闪电电磁辐射综合同步探测资料；对比研究不同极性先导从激发到传输等阶段的发展特征共性、差异及物理机制成因；认识闪电放电环境、尺度、过程机理等如何影响产生不同频段电磁辐射；着重揭示闪电高能辐射在先导放电过程中的产生源及其与先导发展传输详细物理演化过程之间的动态关系。预期研究结果不仅对深入认识闪电发展规律和物理机制具有重要的科学意义，也对改进闪电防护措施具有重要的实际应用价值。

闪电击穿空气的先导过程，为闪电放电建立电离通道，认识先导发展传输的特征与机制，获得其不同频段的电磁辐射特征和强度，既是全面揭示闪电物理过程本质的必然需求，也是科学开展雷电防护的必要理论基础。本项目依托中国科学院大气物理研究所在山东滨州沾化建立的实验基地，进行了人工引发雷电和自然雷电综合观测实验，开展了高时空分辨率光-电-磁-电流-辐射源定位-高能辐射综合同步探测，建立了高精度雷电三维通道定位网，获得了闪电通道放电电流、闪电通道高速光学演化、闪电三维成像、以及从中低频、高频、甚高频到高能频段的电磁辐射同步探测资料。利用获得的第一手高质量数据，开展理论分析研究，取得如下重要研究进展：证明了正先导在不同发展阶段存在间歇性梯级发展传输的特征，发现了正先导头部前方电晕流光区中的电晕残余结构，阐明了其与负先导空间茎结构的相似和差异；得到了负先导梯级发展的步长、线电荷密度等参量，明确了其形成通道分叉的两种形式，为成簇的空间先导与先导头部连接或者曾熄灭的空间茎发生重燃；发现空中引雷的绕行连接过程，明确其主要受先导流光/电晕区的发散性特征以及连接公共击穿区域连线方向的优势电场所共同影响导致；获得了与梯级先导、直窜-梯级先导以及具有不规则脉冲簇（CPT）的直窜先导的高能辐射探测结果，明确了CPT直窜先导从中低频到甚高频、可见光再到高能辐射的宽频带强辐射特征，提出CPT强度的代理指标Q·V；揭示了M分量形成的一种云内放电新形式，即回击放电通道短暂截断后由于通道残留电荷导致的再次击穿；揭示了人工引发双极性闪电的云内发展过程与条件，放电极性的反转决定于雷暴云内呈现正、负电荷的水平分布，以及正先导分支截断之后反冲过程激发的负极性先导。研究结果提高了对闪电发展传输宏微观物理特征的科学认识，增进了对雷电形成机制的客观理解，可为雷电防护以及雷电的人工影响和干预等提供科学依据与参考。

内容获取失败，请点击重试