文档介绍：西北师范大学
硕士学位论文
闪电放电等离子体导电特性的研究
姓名:郭逸潇
申请学位级别:硕士
专业:原子与分子物理
指导教师:袁萍
2009-05
摘要
依据无狭缝摄谱仪获得的青海地区一次地闪回击过程的光谱,分析了NI 4935 Å
谱线的Stark加宽效应,得到加宽在15~25 Å左右,通道不同位置的谱线两边显示出稍
有一些不对称性;结合Stark加宽的半经验参数,对通道不同位置的电子密度进行了定
量计算,并与各位置处Hα谱线半宽得到的电子密度进行了比较,发现由NI 4935 Å和
Hα谱线的Stark加宽得到的结果基本一致。数据分析表明: 随着通道位置的升高,电子
密度略呈减小趋势;电子密度与谱线半宽近似成线性关系。
同时基于青海高原及广东沿海地区云闪和地闪放电过程的光谱,根据谱线波长、
相对强度、振子强度等信息,计算了各放电通道的温度和电子密度;在此基础上,结
合等离子体导电理论,计算得到各云闪放电通道和地闪回击通道的电导率,发现云闪
通道的电导率与地闪回击通道和长火花的电导率基本一致。对各通道不同位置电导率
的分析表明,电导率主要依赖于通道的温度,温度较高的位置电导率亦较大;由于云
闪放电通道空间发展方向的随机性较大,不同位置的电导率沿通道的变化没有明显的
规律。由地闪通道的电导率,利用相关的通道参数值,估算得到通道的放电电流,对
不同地区回击通道的电流和同一通道内不同位置的电流值进行了对比分析。结果表
明,16个地闪通道的电流与自然闪电电流的测量值基本一致, 其中较大的电流值大多
出现在山东和广东的通道中;对于温度相同或相近的回击通道,高原地区放电通道的
电流一般低于沿海地区;同一回击通道内不同位置的电流值接近各位置处的实际峰值
电流,且随着通道位置的升高电流略呈减小趋势。另外,探讨了放电通道电流产生雷
声及箍缩效应的机制。
本工作为研究闪电电子密度和放电电流提供了新的、可行且更实际的途径,将给
相关方面的研究提供一定的参考数据和帮助。

关键词:闪电光谱,等离子体,电导率,电流

II
Abstract
According to one spectrum of lightning return stroke at Qinghai province, it can be
found that the Stark broadening are about 15~25 Å and the NI 4935 Å lines at different
positions within the channel show slight asymmetry after analyzing the Stark broadening
effect of NI 4935 Å line. The electron densities at different positions of the channel have
been bining with semi-empirical parameters of Stark broadening. The result
reveals that the electron densities show a tiny trend of ing low with increasing of
height along the channel. The electron densities exhibit a nearly linear dependence on the
half-widths of NI 4935 Å lines.
Based on the wavelengths, relative intensities and other transition parameters of the
lines in cloud lightning discharge spectra and cloud-to-ground (CG) lightning return stroke
spectra captured by a Slit-less spectrograph in different regions, the temperatures and
electron densities of discharge channels have been calculated, and the electrical
conductivities of the channels have been further obtained us