文档介绍：硕士学位论文

闪电通道热力学特性与放电特性的
相关性研究

Study on the correlation between thermodynamic property
and discharge characteristic in the lightning channel

岑建勇
Cen Jian Yong

西北师范大学物理与电子工程学院
College of Physics & Electronic Engineering
Northwest Normal University
摘要
利用无狭缝光栅摄谱仪在青海高原地区获得的闪电光谱资料,通过光谱分析得到
了闪电放电通道的热力学特性参数—温度、电子密度。分析光谱结构和温度得出:不
同闪电或同一次闪电不同回击中,光谱结构有明显的差别,且光谱结构的差异反映了
不同回击的热力学特性的差异;对于一次闪电的不同回击过程中,通道温度也有较大
差异,且温度并没有随着回击发生的次序呈线性变化。
闪电放电的同步辐射电场资料由快、慢电场变化仪记录,通过电场资料获得了各
次回击的峰值辐射电场,进而计算了回击的峰值电流和作用积分。这二者的结果与以
前报道的结果符合比较好,通过数据分析闪电的放电特性得出:多数情况下,负地闪
首次回击辐射电场最强,其相应的放电电流也要强于继后回击。但继后回击放电强于
首次回击的情况也会发生。
闪电通道热力学特性与放电特性的相关性研究是揭示闪电过程物理机制的重要
途径。将光谱与电场资料相结合,首先分析了同一次闪电的多次回击中,光谱结构与
放电特性的关系,结果表明:光谱总强度与放电电流正相关。其次分析了闪电通道中
热力学特性与放电特性的关系,结果表明:对于不同闪电的首次回击,通道温度正比
于电流的作用积分;对于同一闪电的各次回击,通道温度与作用积分不呈线性关系。
由分析结果推断:可以依据光谱总强度来比较多回击闪电中每次回击电流的大小;根
据通道温度判断不同闪电首次回击过程中能量传输的大小。这项工作将为进一步研究
闪电过程中传输能量的大小以及其产生氮氧化物的数量提供一些参考数据,也为雷电
物理的研究及闪电防护工作提供了一些理论依据。

关键词:闪电放电,回击,光谱结构,通道温度,电流,作用积分

II
Abstract
The spectra of cloud-to-ground (CG) lightning discharge plasma captured by a
Slit-less spectrograph in Qinghai plateau of China, the temperature and the electron density
in lightning discharge channel which are the parameters of thermodynamic property have
been obtained according to the spectral analysis. The spectral structure and temperature
show that there are obvious differences among the spectral structure of every return stroke
either in different lightning or one lightning, and the difference of spectral structure reflect
the thermodynamic property. The channel temperature varies significantly from stroke to
stroke in a given lightning, and the temperature is not correlation with the happening of
return strokes order.
The synchronous electrical information of lightning discharge plasma is recorded by
the fast antenna and slow antenna systems. The radiated electric field of every