閃電閃電分類實(shí)用教案

1、 云 閃 占總閃電的一半以上； 主要發(fā)生在雷暴云內(nèi)的主正、負(fù)電荷區(qū)之間； 也有發(fā)生幾率相對(duì)(xingdu)較低的云間閃電、云與空氣放電第1頁/共29頁第一頁，共29頁。云內(nèi)閃電(shndin)第2頁/共29頁第二頁，共29頁。第3頁/共29頁第三頁，共29頁。按先導(dǎo)所轉(zhuǎn)移電按先導(dǎo)所轉(zhuǎn)移電荷的極性和運(yùn)動(dòng)荷的極性和運(yùn)動(dòng)(yndng)方向方向可分為四類：可分為四類：下行下行(xixng)(xixng)負(fù)負(fù)地閃地閃 下行下行(xixng)(xixng)正正地閃地閃 上行閃電（負(fù)）上行閃電（負(fù)）上行閃電（正）上行閃電（正）地 閃 類 型第4頁/共29頁第四頁，共29頁。枝狀閃電枝狀閃電(shndin)第

2、5頁/共29頁第五頁，共29頁。片狀閃電(shndin)第6頁/共29頁第六頁，共29頁。線狀閃電(shndin)第7頁/共29頁第七頁，共29頁。株?duì)铋W電(shndin)第8頁/共29頁第八頁，共29頁。球狀閃電球狀閃電(shndin)(shndin)：特指雷暴過程中所發(fā)生的一：特指雷暴過程中所發(fā)生的一 種運(yùn)動(dòng)著種運(yùn)動(dòng)著的發(fā)光球的發(fā)光球一般認(rèn)為球狀閃電一般認(rèn)為球狀閃電(shndin)(shndin)就是一個(gè)等離子體球就是一個(gè)等離子體球典型的球閃有桔子或小柚子那么大，其直徑約為典型的球閃有桔子或小柚子那么大，其直徑約為20-30cm20-30cm； 輻射功率小于輻射功率小于200W200W可以

3、呈現(xiàn)紅色、桔黃色、亮白色、藍(lán)色、甚至可以是綠色可以呈現(xiàn)紅色、桔黃色、亮白色、藍(lán)色、甚至可以是綠色生命期約生命期約10s10s球狀閃電(shndin)第9頁/共29頁第九頁，共29頁。球閃一般出現(xiàn)在雷暴發(fā)展的旺盛期大部分的球閃幾乎與地閃同時(shí)出現(xiàn)球閃出現(xiàn)在地面以上(yshng)幾米的高度內(nèi)以每秒幾米的速度水平運(yùn)動(dòng)，也可懸浮在空中不動(dòng)從云向地面降落的球閃，一般不會(huì)上升目前尚無理論能說明球閃所表現(xiàn)出的行為特征和它不上升的事第10頁/共29頁第十頁，共29頁。蛛狀閃電(shndin)蛛狀閃電：特指在雷暴云的消散階段(jidun)或?qū)訝罱涤觌A段(jidun)觀測到的發(fā)生于云底附近具有大范圍水平發(fā)展、多分叉

4、放電通道（類似于蜘蛛的爬行）的壯觀放電現(xiàn)象。 這種閃電一般并不經(jīng)常出現(xiàn)，但在我國南方較旺盛發(fā)展的雷暴云消散期偶爾可以觀測到。第11頁/共29頁第十一頁，共29頁?！癝pider” Lightning蛛狀閃電是一種蛛狀閃電是一種(y zhn)(y zhn)負(fù)先導(dǎo)，類似負(fù)地閃中的負(fù)負(fù)先導(dǎo)，類似負(fù)地閃中的負(fù)先導(dǎo)，其水平發(fā)展速度約為先導(dǎo)，其水平發(fā)展速度約為2-2-4 4105m/s105m/s。蛛狀閃電是在地面電場強(qiáng)度蛛狀閃電是在地面電場強(qiáng)度和極性轉(zhuǎn)換期（即和極性轉(zhuǎn)換期（即End Of End Of Storm Oscillation, EOSOStorm Oscillation, EOSO）發(fā)生的云

5、閃和正地閃的一部發(fā)生的云閃和正地閃的一部分。分。蛛狀閃電同時(shí)具有發(fā)生于通蛛狀閃電同時(shí)具有發(fā)生于通道分叉頭部的脈沖性發(fā)光和道分叉頭部的脈沖性發(fā)光和由連續(xù)電流流動(dòng)保持的通道由連續(xù)電流流動(dòng)保持的通道連續(xù)發(fā)光。連續(xù)發(fā)光。第12頁/共29頁第十二頁，共29頁。Sprite sprite第13頁/共29頁第十三頁，共29頁。Sprite是由某種類型的閃電在雷暴云上部和電離層之間的中層和高層大氣中產(chǎn)生的一種(y zhn)奇特的光學(xué)效應(yīng)這種現(xiàn)象可以在地面的高山上觀測到。Sprite的電結(jié)構(gòu)(jigu)第14頁/共29頁第十四頁，共29頁。紅色紅色(hngs)Sprite(hngs)Sprite：集中在中層的紅

6、色集中在中層的紅色(hngs)(hngs)發(fā)光結(jié)構(gòu)，但發(fā)光結(jié)構(gòu)，但是具有向上和向下的分是具有向上和向下的分量，高度在量，高度在40-95km40-95km。藍(lán)色藍(lán)色jetsjets：由活躍雷暴：由活躍雷暴系統(tǒng)頂部向上發(fā)出的細(xì)系統(tǒng)頂部向上發(fā)出的細(xì)圓錐狀藍(lán)色光柱圓錐狀藍(lán)色光柱 通通常常SpriteSprite的明亮區(qū)域的明亮區(qū)域（頭部）集中在（頭部）集中在70-70-75km75km高度上高度上, , 微弱的紅微弱的紅發(fā)狀發(fā)光將從這一區(qū)域發(fā)狀發(fā)光將從這一區(qū)域延伸到延伸到90km90km左右的高度。左右的高度。在明亮的頭部區(qū)域以下在明亮的頭部區(qū)域以下將呈現(xiàn)藍(lán)色卷須狀特征，將呈現(xiàn)藍(lán)色卷須狀特征，并向下

7、延伸到并向下延伸到40-50km40-50km的高度區(qū)域。的高度區(qū)域。第15頁/共29頁第十五頁，共29頁。二、雷二、雷 雷定義為伴隨閃電而產(chǎn)生的聲輻射(fsh)。 雷可分為兩部分： 一是人耳可以聽到的聲能量，稱為可聞雷 可聞雷又可分為炸雷和悶雷。 二是次聲，頻率低于人耳能夠聽到的雷聲 通常在幾 十赫茲以下。第16頁/共29頁第十六頁，共29頁。雷雷 的的 描描 述述 (1) (1)云地閃電通常產(chǎn)生最響的雷。云地閃電通常產(chǎn)生最響的雷。 (2) (2)在超過十英里左右的距離外偶爾才能聞雷。在超過十英里左右的距離外偶爾才能聞雷。(3)(3)用看到閃電與聽到第一次雷聲之間的時(shí)間用看到閃電與聽到第一次

8、雷聲之間的時(shí)間 間隔可以估計(jì)閃擊距離。間隔可以估計(jì)閃擊距離。(4)(4)大氣湍流能減小雷的可聞度。大氣湍流能減小雷的可聞度。 (5) (5)緊接強(qiáng)烈雷鳴之后，常有傾盆大雨。緊接強(qiáng)烈雷鳴之后，常有傾盆大雨。 (6) (6)雷聲的強(qiáng)度雷聲的強(qiáng)度(qingd)(qingd)似乎一地不同于另一地。似乎一地不同于另一地。(7)(7)當(dāng)隆隆聲持續(xù)時(shí)，雷的音調(diào)變深沉。當(dāng)隆隆聲持續(xù)時(shí)，雷的音調(diào)變深沉。 第17頁/共29頁第十七頁，共29頁。雷的形成(xngchng)雷聲起源于閃電通道的初始迅速膨脹引發(fā)的高壓沖擊波，它在遠(yuǎn)距離上退化成為聲波。對(duì)回?fù)敉ǖ赖墓庾V分析認(rèn)為，在不到10s的時(shí)間內(nèi)回?fù)敉ǖ罍囟葘⑦_(dá)到300

9、00K。由于(yuy)沒有足夠的時(shí)間使得通道的粒子濃度發(fā)生顯著改變，因此通道的壓力將由于(yuy)溫度的升高而迅速增加。在前5s內(nèi)平均的通道壓力可以達(dá)到10個(gè)巴。這樣一個(gè)通道過壓將會(huì)導(dǎo)致強(qiáng)烈的沖擊波使得通道迅速膨脹。 第18頁/共29頁第十八頁，共29頁。 利用雷聲對(duì)閃電利用雷聲對(duì)閃電(shndin)通道的重構(gòu)通道的重構(gòu) 線狀跟蹤法（ray tracing），該方法比較準(zhǔn)確，它可以給出一次雷聲事件中的多個(gè)聲源點(diǎn)，從而可對(duì)閃電的放電通道進(jìn)行重構(gòu)。這種方法中，話筒之間距離相對(duì)較近，一般為幾十米。雷測距（thunder ranging），這種方法中三個(gè)話筒相距(xingj)較遠(yuǎn)，一般在公里量級(jí)，測得

10、的位置一般誤差較大 如果不在一條直線上的三個(gè)或三個(gè)以上的話筒同時(shí)(tngsh)記錄到了一次雷聲的主要特征，則可以利用到達(dá)每一個(gè)話筒的聲光差來確定聲源的位置。通常有兩種不同的方法。第19頁/共29頁第十九頁，共29頁。天 電 天電（atmospherics或spherics）是由主要源為閃電的各自然(zrn)電磁過程所產(chǎn)生的射頻電磁場。但實(shí)際上，一些特殊人造過程，也不經(jīng)意地產(chǎn)生類似現(xiàn)象。第20頁/共29頁第二十頁，共29頁。舒曼共振(gngzhn)與全球閃電 1952年舒曼(Schuman, 1952)首次指出，地球和電離層可以構(gòu)成一個(gè)諧振腔體，腔體中存在一個(gè)特殊的諧振頻率，這一頻率主要由地球的

11、尺寸決定，并由全球的閃電放電激發(fā)。 由于(yuy)舒曼共振是由閃電觸發(fā)的電離層與地面之間的全球電振蕩，因此共振活動(dòng)反映了全球的閃電活動(dòng)。 全球閃電活動(dòng)是全球長期氣候變化的指示器之一。因此利用舒曼共振現(xiàn)象對(duì)全球閃電的探測以及它在全球氣候變化中的應(yīng)用正受到越來越多的重視 第21頁/共29頁第二十一頁，共29頁。嘯 聲 回?fù)?huj)所形成的甚低頻信號(hào)（VLF）往往有一部分穿透電離層而進(jìn)入磁層。然后，信號(hào)沿著地磁場的磁力線，又一次穿透電離層而返回地球。由于信號(hào)在磁層中傳播時(shí)發(fā)生頻散，因而原來的尖脈沖就以一種音頻（VLF）電磁波返回地球，被稱為“嘯聲”。 第22頁/共29頁第二十二頁，共29頁。負(fù)地閃

12、放電負(fù)地閃放電(fng din)過程過程負(fù)地閃放電過程定義為將云內(nèi)的負(fù)電荷輸送到地面的放電負(fù)地閃放電過程定義為將云內(nèi)的負(fù)電荷輸送到地面的放電過程。過程。一次始于云中的負(fù)地閃放電過程通常將幾十庫侖的負(fù)極性一次始于云中的負(fù)地閃放電過程通常將幾十庫侖的負(fù)極性云電荷帶到地面。云電荷帶到地面。按照國際慣例，一次完整的閃電過程定義為一次按照國際慣例，一次完整的閃電過程定義為一次“閃電閃電(flash(flash或或lightningflash)”lightningflash)”，其持續(xù)時(shí)間為幾百毫秒到，其持續(xù)時(shí)間為幾百毫秒到1 1秒鐘不等。秒鐘不等。一次閃電包括一次或幾次大電流脈沖過程，被稱為一次閃電包括

13、一次或幾次大電流脈沖過程，被稱為“閃擊閃擊(stroke)”,(stroke)”,而其中最強(qiáng)的快變化部分而其中最強(qiáng)的快變化部分(b fen)(b fen)叫叫“回?fù)艋負(fù)簦╮eturnstrokereturnstroke）”。閃擊之間的時(shí)間間隔一般為幾十毫。閃擊之間的時(shí)間間隔一般為幾十毫秒，對(duì)地閃電在人眼中所呈現(xiàn)的閃爍，便是由幾次閃擊所造秒，對(duì)地閃電在人眼中所呈現(xiàn)的閃爍，便是由幾次閃擊所造成的。成的。 第23頁/共29頁第二十三頁，共29頁。 一次完整一次完整(wnzhng)(wnzhng)的地閃發(fā)展過的地閃發(fā)展過程示意圖程示意圖預(yù)擊穿過程預(yù)擊穿過程P P梯級(jí)先導(dǎo)梯級(jí)先導(dǎo)L L連接過程連接過程首次首次(shu c)(shu c)回?fù)艋負(fù)鬜 R連續(xù)電流過程連續(xù)電流過程CC直竄（箭式）先導(dǎo)直竄（箭式）先導(dǎo) 繼后回?fù)衾^后回?fù)?回?fù)艉蠡負(fù)艉蟮?4頁/共29頁第二十四頁，共29頁。第25頁/共29頁第二十五頁，共29頁。第26頁/共29頁第二十六頁，共29頁。 負(fù)地閃放電過程負(fù)地閃放電過程(guchng)(guchng)的毫秒級(jí)參量的毫秒級(jí)參量特征特征第27頁/共29頁第二十七頁，共29頁。地閃電(shndin)場