雙極性窄脈沖事件(NBE)是區(qū)別于常規(guī)地閃和云閃的一類特殊的大氣放電現(xiàn)象,能產(chǎn)生強(qiáng)烈的VLF/LF和VHF輻射。為了探索NBE發(fā)生的氣象環(huán)境和放電特性,本文使用重慶雙頻段三維閃電定位系統(tǒng)的觀測(cè)數(shù)據(jù),對(duì)一次雷暴過(guò)程中觀測(cè)到的608次正極性NBE和82次負(fù)極性NBE的發(fā)生位置和輻射強(qiáng)度進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。其中,正NBE主要分布于主負(fù)電荷區(qū)和上部主正電荷區(qū)之間,約7~15 km的垂直高度處,平均高度是10.0 km。孤立發(fā)生的正NBE的發(fā)生位置與其附近的雷達(dá)回波分布未呈現(xiàn)明顯的規(guī)律性特征,但是激發(fā)閃電的正NBE全部發(fā)生于10.5 km以下。正NBE歸一化到100 km距離處的平均VLF/LF電場(chǎng)變化峰值為13.4 V/m,平均VHF輻射功率是73.5 kW。從平均值看,發(fā)生于對(duì)流核心區(qū)域的正NBE在兩個(gè)頻段的輻射強(qiáng)度都略強(qiáng)于核心區(qū)域之外的正NBE。負(fù)NBE主要發(fā)生在兩個(gè)高度范圍。72例負(fù)NBE分布于上部主正電荷區(qū)和屏蔽層之間,約16~20 km高度,平均高度是18.0 km,它們傾向于發(fā)生在30~35 dBz回波頂高大于18 km的對(duì)流云云頂及附近,并且全部孤立發(fā)生。這些負(fù)NBE歸一化到100 km距離處的平均VLF/LF電場(chǎng)變化峰值為42.7 V/m,平均VHF輻射功率是76.9 kW。10例負(fù)NBE發(fā)生于主負(fù)電荷區(qū)和下部正電荷區(qū)之間,約4~8 km高度,平均高度是6.0 km,全部發(fā)生于對(duì)流核內(nèi)部,其中有部分個(gè)例激發(fā)了閃電。這些負(fù)NBE歸一化到100 km距離處的平均VLF/LF電場(chǎng)變化峰值為2.7V/m,平均VHF輻射功率是18.2 kW。從統(tǒng)計(jì)結(jié)果看,在VLF/LF頻段,上部負(fù)NBE的輻射強(qiáng)度普遍強(qiáng)于正NBE;但在VHF頻段,上部負(fù)NBE的輻射強(qiáng)度與正NBE基本相當(dāng);下部負(fù)NBE在兩個(gè)頻段的輻射強(qiáng)度相對(duì)較弱。論文還建立了MTLE模型用于擬合正NBE的放電過(guò)程,得到兩次NBE的放電通道長(zhǎng)度分別為422 m和328 m,電流的擊穿速度分別為-44 m/μs和-40 m/μs,電流峰值分別為-40.3 kA和-55.5 kA,電荷矩分別為27.0 C?m和28.3 C?m。
【學(xué)位單位】：中國(guó)氣象科學(xué)研究院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：P412;P427.3
【部分圖文】：

第二章 儀器設(shè)備和數(shù)據(jù)11圖2.2 子站傳感器外觀圖2.3 信號(hào)接收和采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖2.3 三維定位算法當(dāng)有五個(gè)以上站點(diǎn)探測(cè)到一個(gè)閃電事件的時(shí)候，我們就可以用 TOA 定位算法確定輻射源的三維空間位置。圖2.4是TOA法定位技術(shù)原理圖，輻射源產(chǎn)生的電磁脈沖以光速c經(jīng)過(guò)直線傳輸路徑在不同時(shí)刻到達(dá)各個(gè)站點(diǎn)。其定位過(guò)程實(shí)際上是利用高精度GPS時(shí)鐘精確定位的各站點(diǎn)空間位置坐標(biāo)( i, -i, i)和輻射源到達(dá)各個(gè)站點(diǎn)的時(shí)間(¨i)，求解包含輻射源發(fā)生時(shí)間和空間位置的四個(gè)未知量( - ¨)的方程組。

11圖2.2 子站傳感器外觀圖2.3 信號(hào)接收和采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖2.3 三維定位算法當(dāng)有五個(gè)以上站點(diǎn)探測(cè)到一個(gè)閃電事件的時(shí)候，我們就可以用 TOA 定位算法確定輻射源的三維空間位置。圖2.4是TOA法定位技術(shù)原理圖，輻射源產(chǎn)生的電磁脈沖以光速c經(jīng)過(guò)直線傳輸路徑在不同時(shí)刻到達(dá)各個(gè)站點(diǎn)。其定位過(guò)程實(shí)際上是利用高精度GPS時(shí)鐘精確定位的各站點(diǎn)空間位置坐標(biāo)( i, -i, i)和輻射源到達(dá)各個(gè)站點(diǎn)的時(shí)間(¨i)，求解包含輻射源發(fā)生時(shí)間和空間位置的四個(gè)未知量( - ¨)的方程組。

負(fù)電荷的分布情況。將NBE 和其他輻射源的三維位置疊加在一起，能夠大致推測(cè)NBE在雷暴云電荷區(qū)中的位置。因此，本文還識(shí)別出此次中尺度雷暴過(guò)程中1126653個(gè)來(lái)自常規(guī)閃電的VHF輻射源用于分析。圖3.2 是這些VHF 輻射源的在單位時(shí)間單位高度的密度分布圖，時(shí)間格點(diǎn)寬度是6min，高度格點(diǎn)寬度是100 m，這些VHF輻射源幾乎全部分布于5~18km高度范圍。一般認(rèn)為，雷暴單體的電荷結(jié)構(gòu)由垂直分成的三個(gè)區(qū)域構(gòu)成，即三級(jí)性電荷結(jié)構(gòu)：上部是主正電荷區(qū)，中間是主負(fù)電荷區(qū)，下部是電荷量較少的正電荷區(qū)。而中尺度系統(tǒng)的電荷結(jié)構(gòu)與單體雷暴具有相似性�？梢钥闯�，大多數(shù)的VHF輻射源(約70.4％)集中在10~15km高度處，由此推斷出這一天的雷暴過(guò)程的主正電荷區(qū)主要分布于此。而大多數(shù)正NBE發(fā)生在VHF輻射源最密集的區(qū)域以下

【參考文獻(xiàn)】

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1 劉妍秀;張廣庶;王彥輝;李亞s

本文編號(hào)：2823154