【摘要】：對(duì)雷電極低頻電波在地球-電離層空腔中的傳播特征進(jìn)行研究不僅對(duì)全球電路平衡、高層大氣光化學(xué)效應(yīng)等方面有重要意義,而且對(duì)電離層內(nèi)電介質(zhì)分布研究和擾動(dòng),全球閃電活動(dòng)以及全球氣候變化等方面都有重要應(yīng)用價(jià)值。本文系統(tǒng)深入研究雷電的極低頻電波在地球-電離層空腔中的干涉?zhèn)鞑バ?yīng),通過利用三維球坐標(biāo)系下時(shí)域有限差分FDTD方法建立包含電離層電介質(zhì)的非線性特征的地球-電離層雷電電磁傳輸模型,結(jié)合舒曼共振實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)重點(diǎn)對(duì)超強(qiáng)閃電Q-burst現(xiàn)象及其舒曼共振背景信號(hào)特征進(jìn)行模擬和實(shí)測(cè)對(duì)比分析。論文的主要研究工作和結(jié)論如下：1)不同距離處的觀測(cè)點(diǎn)所接收到的雷電ELF電波為閃電源輻射的直接波,反向波和環(huán)球周期波互相振蕩疊加的結(jié)果。雷電ELF電波隨著源到觀測(cè)點(diǎn)距離SOD的不同而表現(xiàn)出不同的波形特征。當(dāng)?shù)厍?電離層波導(dǎo)腔為理想無耗介質(zhì)時(shí),雷電極低頻電波的能量不會(huì)發(fā)生衰減,在源點(diǎn)球?qū)ΨQ點(diǎn)位置的波形會(huì)出現(xiàn)相位反轉(zhuǎn)現(xiàn)象。當(dāng)?shù)厍?電離層波導(dǎo)腔為有耗介質(zhì)時(shí),反向波和環(huán)球周期波的幅值會(huì)受到電離層介質(zhì)的影響不斷發(fā)生衰減并消失。2)不同電離層介質(zhì)分布對(duì)雷電電磁場(chǎng)的時(shí)域波形影響相近,只在幅值上存在差別,且對(duì)雷電電磁場(chǎng)頻譜特性的影響隨著源到觀測(cè)點(diǎn)距離SOD的不同而表現(xiàn)不同：(1)當(dāng)SOD=5 Mm時(shí),單指數(shù)和’Knee'變化的電離層介質(zhì)分布下的垂直電場(chǎng)頻譜表征出了三峰值特征的舒曼共振諧振特征,而雙指數(shù)變化的電離層介質(zhì)分布下的頻譜則表征出五階舒曼共振諧振特征；(2)當(dāng)SOD=10Mm時(shí),三種電離層介質(zhì)分布下的垂直電場(chǎng)頻譜均表征出三峰值諧振的舒曼共振特征；(3)當(dāng)SOD=15Mm時(shí),雙指數(shù)和’Knee'變化的電離層介質(zhì)分布下的垂直電場(chǎng)頻譜表現(xiàn)出雙峰諧振的特征,而單指數(shù)變化的電離層介質(zhì)分布下的頻譜則表征出四峰值的舒曼共振諧振特征。3)垂直電場(chǎng)的Q-burst的模擬時(shí)域波形和與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)具有較好的一致性, 隨著SOD的不同,Q-burst波形可表現(xiàn)為W型,V型,雙V型和三脈沖結(jié)構(gòu)的特征。垂直電場(chǎng)的模擬頻譜圖和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)在大于10 Hz的頻段具有很好的相似性,都具有在高于某頻率值(大約100 Hz左右)之后的高頻成分迅速衰減的特征。通過對(duì)南北和東西方向的磁場(chǎng)Q-burst的模擬可知,個(gè)例中的超強(qiáng)閃電Q-burst發(fā)生時(shí)的電離層介質(zhì)分布很可能具有雙指數(shù)分布的特征,通過SOD估算可以推測(cè)此次超強(qiáng)閃電可能發(fā)生在東南亞閃電“熱斑”地區(qū)。
【學(xué)位授予單位】：南京信息工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：P427.32

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本文編號(hào)：2709874