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地闪电流反演及其特征研究

作　者: 肖桐
导　师: 何建新
学　校: 成都信息工程学院
专　业: 信号与信息处理
关键词: 人工触发闪电 地闪回击过程 M分量 电流反演
分类号: P427.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 24次
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内容摘要


云地闪是一种重要的放电过程，能够将大量电荷在极短时间内泄放到大地，产生强烈的电磁辐射。而地闪放电过程中电流的大小，能够直接反映放电过程的强弱，是一种重要的物理参量。但是由于地闪回击的随机性、瞬时性，导致很难直接测量地闪电流。而电磁场作为地闪电流变化过程中的伴随产物，能够间接反应地闪电流的大小，从而为地闪电流的间接测量提供了一种有效手段。本文利用直接测量的电磁场数据对地闪放电过程中的回击过程和M过程电流进行反演计算，并对结果进行了对比验证以及分析。主要工作内容和结论如下：1、通过改变探测平板电容和对地高度的方案，提高了快慢天线的测量范围。并对改进后的设备进行了标定，给出了其相应的特性参量。实际的观测试验结果表明，改进后的装置在一定程度上改善了测量近距离地闪回击过程时，快慢电场变化仪测量数据饱和的问题，并提高了信噪比。2、地闪回击电流反演方法的探讨：针对回击电流波形的反演问题，采用经典的电流电磁场方程，分别计算了在实测电流情况下一定位置处（2km）磁场的感应场分量和辐射场分量波形，结果表明，在距离地闪放电通道2km的位置，感应场不可或缺。研究了近距离磁场反演电流的方法，通过离散化等数学方法，求解了电流电磁场经典的关系方程，获得了反演的回击电流波形。与实测的回击电流进行了频谱分析及相关特征比较，结果表明二者的幅值、波形的几何形状等重点参量都有较好的一致性。结合上述工作可知，这一计算方法能够较好的反演出广州从化地区人工触发闪电的地闪电流波形。3、M过程电流反演方法的初步探讨：利用2008年-2010年在广州从化地区人工触发闪电试验中观测到的闪电通道底部电流、近距离电场以及近距离磁场数据资料，对人工触发闪电M过程的电流和电磁场特征及相关性进行了分析。统计分析结果显示，M分量的电场、电流及磁场主要的波形特征参量如下: a)M分量电场波形持续时间和10%-90%上升时间几何平均值分别为0.49ms和0.12ms；b)电流波形持续时间、10%-90%上升时间和电流变化的几何平均值分别为0.53ms、0.11ms和0.34kA；c)磁场波形持续时间、10%-90%上升时间和磁场变化的几何平均值分别为0.65ms、0.16ms和2.76×10-5T。相关性分析结果表明，M分量的电流、电场及磁场数据，不仅几何形状较为一致，在波形上存在一定的相互关系。而且，M分量的电磁场与电流资料在峰值幅度上也具有较强相关性，根据空间电磁场与电流的关系，我们最终给出了基于电磁场数据反演M过程电流峰值的公式。综上所述，利用电磁场资料反演M分量的电流波形具有可行性。

全文目录


摘要  4-6
Abstract  6-10
第一章 绪论  10-17
  1.1 前言  10
  1.2 地闪电流的特征  10-12
  1.3 地闪电流测量的研究现状  12-15
    1.3.1 直接法测量电流  12-14
    1.3.2 间接法测量闪电回击电流  14-15
  1.4 研究意义及研究内容  15-17
第二章 试验设备与观测  17-26
  2.1 人工触发闪电的近距离观测  17
  2.2 大量程电场变化测量系统  17-22
    2.2.1 快天线的改进  18-20
    2.2.2 快天线的标定  20-22
  2.3 试验环境及配套设备  22-26
    2.3.1 野外试验场概况  22-23
    2.3.2 主要观测设备  23-26
第三章 地闪回击过程的磁场反演研究  26-41
  3.1 回击过程和回击模型概况  26-27
  3.2 电磁场计算的理论基础  27-31
    3.2.1 电流元的电磁场表达式  27-29
    3.2.2 雷电流的电磁场  29-31
  3.3 实测电流及磁场数据的频谱分析  31-34
    3.3.1 资料选取  31
    3.3.2 回击的电流波形及频谱特征  31-34
  3.4 实测数据的反演效果及对比分析  34-40
    3.4.1 反演磁场及频谱分析  34-36
    3.4.2 反演电流及频谱分析  36-40
  3.5 本章小结  40-41
第四章 M 分量的波形特征及电磁场反演  41-56
  4.1 数据资料的预处理  42-46
  4.2 M 分量波形特征及相关分析  46-54
    4.2.1 电流与电磁场数据的统计特性  46-50
    4.2.2 电流与电磁场的波形相关性分析  50-54
  4.3 本章小结  54-56
第五章 结论与展望  56-58
  5.1 主要工作和结论  56-57
  5.2 不足与展望  57-58
参考文献  58-64
作者在读期间取得学术成果简介  64-65
致谢  65

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中图分类: > 天文学、地球科学 > 大气科学（气象学） > 气象基本要素、大气现象 > 大气现象 > 大气电现象（大气电学）
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