基于VLF/LF多站观测的初始击穿脉冲串特征研究

来源 :中国科学技术大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:u20051026
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初始击穿脉冲串(Preliminary Breakdown Pulses,PBPs或者Initial BreakdownPulses,IBPs)是初始击穿过程产生的一系列双极性脉冲。由于其与初始击穿过程密切相关,对揭示闪电的激发机理有着重要意义,受到学术界的极大关注。本论文利用基于GPS时间同步技术的VLF/LF多站闪电探测系统,对发生在合肥地区的两类不同雷暴中的PB脉冲串特征进行了系统性的对比观测研究。论文的主要研究结果如下:  1.根据闪电中是否有明显的PB脉冲串,对负地闪和云闪进行了区分,划分成了PBCG-type闪电、CG-type闪电、PB-type闪电和IC闪电四种类型。对PBCG-type闪电定义了四个参量PBA、RSA、PB-RS幅值比和PB-RS间隔。  2.报道了四个单体小雷暴中的PB脉冲串特征。结果表明,在雷暴发展阶段全部存在,成熟阶段部分存在,消散阶段不存在PB-type闪电。在成熟阶段PB-type闪电发生时负地闪有所减少,这与LPCC模型非常吻合,然而在发展阶段并未如此,提出了修正的LPCC模型,很好地解释了这一现象。在统计的2155例闪电中,记录到的22例PB-type闪电仅占1.0%。根据PB-type闪电发生时间定义了PB-type闪电潜在发生区,统计发现PBCG-type闪电和CG-type闪电在时间-频次上总是以相对分离的形式出现。  计算了四个雷暴中的PBCG-type闪电百分比,在三个雷暴中发现它与PBA和PB-RS幅值比存在正相关,进一步分析后认为存在的MNCC变化使得它不总是与PBA或者PB-RS幅值比存在正相关,猜测这可能是百分比过低的原因之一。  统计了四个雷暴中的PB-RS间隔,最小值为21.4ms,与其他研究者结果存在较大差异。  3.报道了一个中尺度多单体雷暴中的PB脉冲串特征。结果表明,在雷暴发展阶段和成熟阶段存在,消散阶段不存在PB-type闪电。在成熟阶段PB-type闪电发生时负地闪没有减少,这与小雷暴中的结果不同,但同样可用修正的LPCC模型进行解释。在统计的1000例闪电中,记录到的14例PB-type闪电仅占1.4%。不同于小雷暴中的结果,统计发现PBCG-type闪电和CG-type闪电在时间-频次上有很高的重合度。统计了雷暴中的PB-RS间隔,最小值为3ms,与其他研究者结果相近。  4.比对了两类雷暴中的PB脉冲串特征。结果表明,在雷暴发展阶段均存在PB-type闪电并且负地闪没有减少(假如有负地闪的话),吻合修正的LPCC模型,推测大多数雷暴发展阶段存在持续时间很短的过大LPCC。两类雷暴中的PB-type闪电发生概率都非常低,认为在所有雷暴中都是如此。在两类雷暴中观测到了雷暴核的合并和分裂过程,发现在雷暴核的完全合并和分裂时期总是存在PB-type闪电。  两类雷暴中的PB-RS间隔最小值分别为21.4和3ms,存在很大不同。通过分析发现PB-RS间隔最小值受控于PB脉冲串和回击之间的关系,正是它们之间的不同关系使得PB-RS间隔最小值存在差异。进一步分析后发现,PB脉冲串和回击之间的不同关系主要来自于PBA和RSA关系的不确定性,由此提出了PB脉冲串和回击关系的概念模型,并对其可能存在的物理意义进行了探讨。
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