雷電學(xué)原理復(fù)習(xí)大綱

雷電學(xué)原理復(fù)習(xí)大綱第一章前言雷電的幾種危害。直擊雷的危害：雷電流的熱效應(yīng)雷電流造成的機(jī)械力雷電流的電動(dòng)力沖擊波效應(yīng)雷擊電磁脈沖的危害閃電的間接（感應(yīng)）破壞第二章帶電粒子引起大氣電離的電離源有哪幾種？（1） 地殼中放射性物質(zhì)發(fā)出的放射線（2） 大氣中放射性物質(zhì)發(fā)出的放射線（3） 地球之外宇宙射線（4） 大氣中的閃電、火山爆發(fā)、深林大火、塵暴、雪暴等也使大氣電離什么是電離率？電離率與什么有關(guān)？各種電離源對(duì)大氣的電離特點(diǎn)？電離率：描述電離源對(duì)大氣電離的能力，定義為單位體枳和單位時(shí)間內(nèi)大氣分子被電離源電離為正負(fù)離子對(duì)的數(shù)目大氣的電離率取決于電離源的強(qiáng)度和大氣的密度各種電離源特點(diǎn)：（1）地殼中的放射性物質(zhì)發(fā)出的放射線：丫射線是地殼中各射線中主要電離源。地殼中放射性物質(zhì)發(fā)出的各種射線強(qiáng)度在穿越大氣時(shí)隨高度迅速減小，對(duì)大氣電離率也隨之減小。對(duì)大氣的電離主要局限于離地面1km高度的大氣層中o（2）大氣中的電離源：a射線是大氣中放射性物質(zhì)發(fā)射的射線的主要電離源。由于大氣中放射性物質(zhì)含量隨高度減小，所以它對(duì)大氣的電離率隨高度也迅速減小。對(duì)大氣電離主要局限于5km高度以下的大氣。（3）宇宙射線對(duì)大氣的電離：宇宙射線的電離率隨高度迅速增大，但是由于大氣密度隨高度減小，所以宇宙射線的電離率并非隨高度單調(diào)上升，大約在10~15km高度處大氣電離率達(dá)極大值，接著隨高的增加而下降。宇宙射線隨緯度增加而增大，同時(shí)其電離率也隨緯度而變化。大氣中的離子主要分為幾種？各指什么？大氣中的離子主要分為兩類：（1） 帶正、負(fù)號(hào)電荷的小離子，或稱輕離子，其半徑約10-8~10-7cm,它常由幾個(gè)電離分子與中性分子聚合而成。（2） 大離子，或稱重離子，它是由各種大小不同的帶電氣溶膠粒子所組成。大氣的電離過程？大氣離子的形成是由于大氣中存在電離過程。在電離源的作用下，當(dāng)大氣分子吸收的外來能量超過電離能時(shí)，分子的外層電子即可逸出而形成游離電子。形成帶正電的分子和游離電子。大氣分子所逸出的游離電子，又迅速與其周圍中性大氣分子相結(jié)合，形成帶負(fù)電的大氣分子。表征大氣離子的物理量有哪些，各個(gè)物理量的含義？表征大氣離子物理特征的物理量有三個(gè)：（1）大氣離子的電荷大氣中的離子一般只帶一個(gè)電荷，其大小為L(zhǎng)602X10T9C,只有較大的離子才帶一個(gè)以上電荷。（2） 大氣離子的半徑大氣離子半徑指其有效半徑，其變化范圍從10-8?lO-cm（3） 大氣離子遷移率描述大氣離子在電場(chǎng)中移動(dòng)快慢的參數(shù)原因有兩種：a由于機(jī)械力使其運(yùn)動(dòng)，此原因造成的遷移率稱機(jī)械遷移率b.電場(chǎng)對(duì)離子作用產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)，稱之為電遷移率大氣重粒子和輕粒子的日變化？陸地上大氣離子濃度也有明顯的口變化大氣輕離子濃度：通常在后半夜出現(xiàn)極大值，中午前后出現(xiàn)極小值，口落后出現(xiàn)第二個(gè)極大值。大氣重離子的口變化規(guī)律則相反，通常中午前后出現(xiàn)極大值，而在口出前和日落后出現(xiàn)極小值。在海上，大氣氣溶膠濃度日變化很小，所以大氣離子的日變化也小。第三章大氣電場(chǎng)晴天大氣電場(chǎng)如何形成，它的大小和方向以及隨高度的變化特征。觀測(cè)表明，晴天大氣中始終存在方向垂直向下的大氣電場(chǎng)，這意味著大氣相對(duì)于大地帶有正電荷，而大地帶的是負(fù)電荷。大氣和大地帶異性電荷是大氣電場(chǎng)形成的原因。就全球而言，全球表面的晴天大氣電場(chǎng)平均值約為130V/m,全球海面晴天大氣電場(chǎng)的平均值也接近于130V/m。晴天大氣等電位面平行于地面，并隨高度遞增高度愈低，睛天大氣等電位面的電位值愈小高度愈高，晴天大氣等電位面的電位值愈大影響晴天電場(chǎng)的機(jī)制有哪幾種？氣象、地理?xiàng)l件晴天大氣電場(chǎng)和氣象條件的關(guān)系？一、 晴天大氣電場(chǎng)與氣溶膠含量呈正相關(guān)二、 地面晴天大氣電場(chǎng)與地面水氣壓變化的平均結(jié)果三、 晴天大氣電場(chǎng)與氣溫隨高度的變化第四章大氣電流什么是晴天大氣電導(dǎo)率，由哪幾部分組成？電導(dǎo)率的大小決定于哪些參量？晴天大氣電導(dǎo)率：?jiǎn)挝浑妶?chǎng)作用下，因大氣離子產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)而形成的大氣電流密度值。大氣電導(dǎo)率包括大氣正極性電導(dǎo)率和大氣負(fù)極性電導(dǎo)率大氣電導(dǎo)率取決于大氣離子電荷、大氣離子濃度和大氣離子遷移率。影響大氣電導(dǎo)率的主要有哪些因素？（1） 大氣電導(dǎo)率主要取決于大氣輕離子，大氣輕離子對(duì)大氣電導(dǎo)率的貢獻(xiàn)可占大氣輕、重離子對(duì)大氣電導(dǎo)率總貢獻(xiàn)的90%左右（2） 大氣氣溶膠對(duì)大氣電導(dǎo)率的影響：濃度減小電導(dǎo)率增加，山區(qū)海拔高，大氣較清潔，電導(dǎo)率偏高。（3） 大氣電導(dǎo)率與太陽(yáng)活動(dòng)有關(guān)（4） 宇宙射線對(duì)大氣電導(dǎo)率的影響晴天大氣電導(dǎo)率隨高度的變化特征？晴天大氣電導(dǎo)率隨高度的分布，與晴天大氣輕離子濃度和大氣輕離子遷移率隨高度的分布有關(guān)，其總效果是晴天大氣電導(dǎo)率隨高度單凋遞增。大氣體電荷密度的定義？定量描述大氣體電荷的狀況，單位：C/d晴天大氣電流主要包括哪幾部分？各是什么？晴天大氣傳導(dǎo)電流：是晴天大氣離子在晴天大氣電場(chǎng)作用下產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)而形成的大氣電流。晴天大氣對(duì)流電流：是晴天大氣體電荷隨氣流移動(dòng)而形成的大氣電晴天大氣擴(kuò)散電流：則是晴天大氣體電荷因湍流擴(kuò)散輸送而形成的大氣電流。6.晴天大氣電流密度的時(shí)空分布特征？晴天大氣電流密度不僅隨地點(diǎn)而異，還具有明顯的口變化、年變化和脈動(dòng)起伏變化。晴天大氣電流密度隨地點(diǎn)變化：在近地面層中，由于受大氣湍流的影響，晴天大氣傳導(dǎo)電流密度隨高度分布較為復(fù)雜。在混合層以上的大氣中，晴天大氣電流密度近似為晴天大氣傳導(dǎo)電流密度，而且變化較小。晴天大氣電流密度有明顯的日變化：變化規(guī)律隨地點(diǎn)和季節(jié)而異大陸上變化復(fù)雜，具有明顯的口變化，有的地方表現(xiàn)為單峰單谷型，清晨和上午出現(xiàn)峰值，傍晚至夜間出現(xiàn)谷值；海洋上變化較小。晴天大氣電流密度還有明顯的年變化：其變化幅度一般陸地上大，海洋上小。并隨地方而異，有的地方，晴天大氣電流密度具有冬季出現(xiàn)極大，夏季出現(xiàn)極小的年變化規(guī)律。第五章雷暴云形成雷暴云需要什么條件，一個(gè)雷暴云單體分為哪幾個(gè)階段，各階段有什么特征？形成雷暴云條件：枳狀云的形成與不穩(wěn)定大氣中的對(duì)流上升運(yùn)動(dòng)相聯(lián)系。其形成，除了取決于凝結(jié)的條件外，還取決于對(duì)流上升所能達(dá)到的高度。雷暴云單體的階段：淡積云：大氣不穩(wěn)定能量較小。云底高度通常為500-1200米，云梯厚度為幾百米至2km,上升速度不大，不超過5ms-l。濃枳云：大氣不穩(wěn)定能量較大，由淡積云發(fā)展而成。成熟階段的厚度可達(dá)4-5km°云頂在。攝氏度高度以上，云頂由過冷水滴組成。上升速度為15-20ms-l。.(3)枳雨云：形成在暖時(shí)而又具有很大不穩(wěn)定能量，并由適當(dāng)?shù)奶锏拇髿庵?。伴隨雷電、冰雹、暴雨、大風(fēng)等。持續(xù)時(shí)間在1小時(shí)以上，或者繼續(xù)發(fā)展，在水平方向伸展到100km甚至更大的范|韋I。雷暴云按照水平尺度一般可分為哪幾種？單體、多單體、超級(jí)體、中尺度對(duì)流系統(tǒng)第六章雷暴云電荷結(jié)構(gòu)及起電機(jī)制雷暴云的三極性結(jié)構(gòu)是怎樣的？溫度低于-30°C的高度上有一個(gè)直徑為2km,電荷量為24C的正電荷區(qū)：在-7°C層附近有一個(gè)電荷量約為-20C的負(fù)電荷區(qū)；在負(fù)電荷區(qū)下部0T附近還有一電荷量為4C的正電荷區(qū)。常見的電荷結(jié)構(gòu)有哪些？偶極性、三極性、傾斜式、反極性、多極性什么叫做感應(yīng)起電機(jī)制？又稱極化起電機(jī)制，晴天大氣中因?yàn)閹в屑s35OKV高壓的電離層存在，所以有一個(gè)方向垂直向下的電場(chǎng)，水成物粒子被極化，上表面帶負(fù)電荷，下表面帶正電荷大粒子下?落過程中，與小粒子重力碰撞并分離，使小粒子帶上凈正電荷，大粒子帶上凈負(fù)電荷，小粒子被強(qiáng)上升氣流帶到雷暴云上部，大粒子由于重力沉降到雷暴云的中下部，形成了上正下負(fù)的雙極性電荷結(jié)構(gòu)，對(duì)初始電場(chǎng)又有正反饋?zhàn)饔?，使感?yīng)起電不斷增強(qiáng)。4什么叫做非感應(yīng)起電機(jī)制？受哪些因素的影響？?jī)善瑴囟炔煌谋П粠У揭黄?，再分開，溫度較高的冰晶獲得負(fù)電荷而較冷的冰晶獲得相等數(shù)量的正電荷。這是因?yàn)檩^活躍并帶有正電荷的H+氫離子向溫度梯度降低的方向擴(kuò)散，而較穩(wěn)定被帶有負(fù)電荷的0H-離子較多地存在于溫度較高的部分。與晴天大氣電場(chǎng)無關(guān)，與溫度、有效液態(tài)水含量有關(guān)5.什么叫做對(duì)流起電機(jī)制？不依賴于降水的電荷分離機(jī)制，假定云中電荷不是來自于水成物的起電和重力沉降，而是晴天空間電荷，地面的電暈和來自云頂?shù)挠钪嫔渚€提供的，正、負(fù)電荷在垂直氣流的作用下被分離，形成了正的偶極性電荷結(jié)構(gòu)。第七章雷電的基本物理過程按照閃電的起始位置和傳輸位置，閃電分為那些類型？閃電發(fā)生位置：云閃:云內(nèi)閃電，云際閃電，云空閃電，地閃:正地閃;負(fù)地閃傳輸?shù)碾姾蓸O性：正地閃和負(fù)地閃什么是上行地閃和下行地閃？由從地面向上移動(dòng)的先導(dǎo)激發(fā)，被稱為上行閃電：由從向下的移動(dòng)先導(dǎo)激發(fā)稱為下行地閃一次云閃過程的主要特征？一般始于連續(xù)傳播的流光，當(dāng)流光遇到極性相反的電荷源時(shí)，便引發(fā)類似于地閃回?fù)舻姆烹娺^程稱為反沖流光，與此相伴的電場(chǎng)叫做K-變化，對(duì)應(yīng)于小而快速的電場(chǎng)變化。一次負(fù)地閃過程分為哪幾個(gè)階段，每個(gè)階段的特征及持續(xù)時(shí)間？梯級(jí)先導(dǎo)單個(gè)梯級(jí)的長(zhǎng)度？梯級(jí)先導(dǎo)通道直徑？梯級(jí)先導(dǎo)的平均電流？梯級(jí)先導(dǎo)的總電荷？一次負(fù)地閃過程分為：預(yù)擊穿過程P;梯級(jí)先導(dǎo)L：連接過程；首次回?fù)鬜：連續(xù)電流過程C：直竄（箭式）先導(dǎo)；繼后回?fù)?；回?fù)艉蟆ｎA(yù)擊穿過程P100ms梯級(jí)先導(dǎo)L20ms連接過程首次回?fù)鬜70ps連續(xù)電流過程C直竄（箭式）先導(dǎo)繼后回?fù)艋負(fù)艉筇菁?jí)先導(dǎo)單個(gè)梯級(jí)的長(zhǎng)度為30?120m、通道直徑為1?10m、平均電流為50?63A、總電荷為10?20C先導(dǎo)始發(fā)的兩種理論：引路流光理論和電暈、電弧轉(zhuǎn)化理論的概念。引路流光理論：即在先導(dǎo)通道中心存在一個(gè)與電弧相似的細(xì)導(dǎo)電核，導(dǎo)電核被一個(gè)半徑為幾米的電暈殼所包圍。先導(dǎo)電流主要在核內(nèi)流動(dòng)，而先導(dǎo)電荷則由電暈殼所攜帶。電弧轉(zhuǎn)化理論：認(rèn)為梯級(jí)的產(chǎn)生是由于發(fā)生了電暈到電弧的突然轉(zhuǎn)化。由于先導(dǎo)尖部的高電場(chǎng)，使通道前面的那些區(qū)域處于毛刷狀或輝光放電狀態(tài)，由于通道核心和周圍空間之間存在很高電位差，在核心周圍將產(chǎn)生徑向電暈放電，單位長(zhǎng)度上的電暈電流隨著輝光放電長(zhǎng)度的增加而增加，當(dāng)達(dá)到臨界電流rr=iooA/m,就轉(zhuǎn)化為具有孤光特性的放電通道，此放電通道的延伸，就形成了明亮梯級(jí)先導(dǎo)的靜電學(xué)模式中的源電荷模式。要求掌握相應(yīng)的公式推導(dǎo)。源電荷模式:一個(gè)發(fā)展完善的先導(dǎo)通道可以等效為一個(gè)位于地表上空均勻帶電的垂直線電荷_2plr1 1后切切4nE0[(D2+Hj)1/2(D2+H[2)%V”雷是怎么發(fā)生的？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10Ms的時(shí)間內(nèi)回?fù)敉ǖ罍囟葘⑦_(dá)到30000K。由于沒有足夠的時(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溫度的升高而迅速增加。在前5ps內(nèi)平均的通道壓力可以達(dá)到10個(gè)巳。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?；?fù)糸g的過程：一、連續(xù)電流：地閃的連續(xù)電流過程是雷暴云中局地荷電中心在閃擊之后沿閃電通道對(duì)地的持續(xù)放電過程，它可引起慢而大幅度的地面電場(chǎng)變化，且云下的閃電通道持續(xù)發(fā)光。二、 J過程：J過程是在回?fù)糁g發(fā)生在云內(nèi)的過程。它以相對(duì)穩(wěn)定的電場(chǎng)變化為特征,持續(xù)時(shí)間為幾十毫秒。J過程不伴隨有云地之間通道亮度的突然增加。三、 M分量：M分量指在回?fù)暨^程之后通道微弱發(fā)光階段通道亮度的突然增加，并伴隨有電場(chǎng)的快速變化。四、 K變化：K變化指發(fā)生在地閃回?fù)糁g或最后一個(gè)回?fù)糁笠约霸崎W后期相對(duì)小的快電場(chǎng)變化。第八章人工引發(fā)雷電火箭人工引雷中傳統(tǒng)的引發(fā)雷電技術(shù)和空中引發(fā)雷電技術(shù)方法、原理，弓I發(fā)雷電的過程。方法：火箭-導(dǎo)線技術(shù)原理：尖端放電引發(fā)雷電的過程：當(dāng)?shù)孛鏈y(cè)量到地面與雷暴云間環(huán)境的電場(chǎng)達(dá)到4?-10kV/m時(shí)，這對(duì)閃電的發(fā)生十分有利，發(fā)射一與卷軸上細(xì)銅稅相連接的火箭，火箭以大約200in/s的速度上升，當(dāng)其達(dá)到300?300m高度時(shí)，火箭尖端處電場(chǎng)加強(qiáng)到足以觸發(fā)和發(fā)展向上正先導(dǎo)，通常這一先導(dǎo)持續(xù)幾百亳秒，向云傳播和開始產(chǎn)生一連續(xù)電流，在初始連續(xù)電流停止后順序發(fā)生向下先導(dǎo)的向上回?fù)簟？罩幸l(fā)雷電技術(shù)方法：尼侖線-火箭-導(dǎo)線技術(shù)原理：尖端放電引發(fā)雷電的過程：第一次由卷軸伸出的離地導(dǎo)線長(zhǎng)度為50m,隨后是400m合成纖維，最后是第二條觸發(fā)閃電的銅導(dǎo)線，當(dāng)這最后條無卷軸導(dǎo)線足夠長(zhǎng)，一雙先導(dǎo)從它的兩端開始發(fā)展，這時(shí)一個(gè)正先導(dǎo)從觸發(fā)導(dǎo)線的頂點(diǎn)或火箭的尖端開始向云傳播。在幾亳秒后，從觸發(fā)導(dǎo)線的底端開始有一向地面的負(fù)先導(dǎo)，它通過一個(gè)來自地面導(dǎo)線的向上正的連接先導(dǎo)與地面相連接。與地面相連接的50m導(dǎo)線的電流通過ImQ的旁路電路測(cè)量，快速電場(chǎng)變化通過與閃電通道相距50m的二個(gè)電容天線Al、A2測(cè)量，與回?fù)粝噙B的磁場(chǎng)變化的測(cè)量通過與火箭發(fā)射相距55m的感應(yīng)器作出。傳統(tǒng)的人工引雷中雷暴云底部分別為正電荷和負(fù)電荷時(shí)，引發(fā)的雷電物理過程有什么區(qū)別？在距閃電一定距離的某一點(diǎn)測(cè)到的電場(chǎng)包括哪幾部分，分別是如何定義、表達(dá)的？第九章全球閃電特征和大氣電特征1.請(qǐng)解釋一下什么是全球電路？電離層和地面構(gòu)成一個(gè)球形電容器，如假定地面電位為零，則電離層電位平均約為+300kV。全球雷暴活動(dòng)相當(dāng)于一個(gè)發(fā)電機(jī)，向上連接電離層，向下連接導(dǎo)電地面，