闪电CPT事件的宽带综合观测及其物理过程研究

As an important discharge event generated by lightning discharge, CPT (chaotic pulse trains) with typical characteristics of irregular pulse, pulsed electric field change in low frequency and strong HF radiation, can be often found during the leader before subsequent return stroke. Up to now, it is not enough to understand the occurrence regularity, propagation characteristic and physical mechanism due to the lack of special observation. In the study, the data about broadband radiation field, electric field change and optical radiation are acquired by the broadband comprehensive observation with synchronous multi-parameter. Based on the analysis of the parameters of pulse trains and the properties of corresponding lightning event, the characteristics in time-frequency domain and occurrence regularity of CPT event are investigated. At the same time, the location data of VHF radiation source generated by CPT event are recorded by dual-station broadband interferometer, and the characteristics of spatio-temporal location of radiation source and channel propagation are analyzed. Also, the differences and similarities between CPT event, K process and preliminary breakdown process are compared, and the correlation between CPT event and other sub-processes of lightning discharge, including dart leader and attempted leader, are researched. Furthermore, the physical development process of CPT event is discussed. This study will enrich our knowledge about discharge characteristics and physical process of CPT event and improve the understanding of the discharge process which leads to subsquent return stroke.

CPT（Chaotic pulse trains）是闪电过程中的一种重要放电事件，以不规则脉冲簇为典型特征，作为继后回击前先导阶段的多发事件，不仅伴随着低频脉冲电场变化，而且具有较强的高频辐射。目前，有关CPT事件的观测资料较少，其发生规律、发展特征及物理机制仍不明确。本项目拟针对CPT事件开展宽带多参量同步综合观测，获取该事件的宽带辐射场、电场变化、光辐射等观测资料，分析该事件的脉冲特征参数和所伴随闪电过程的特点，明确其时频域特征和发生规律；并利用双站宽带干涉仪对CPT事件开展同步观测，获取该事件产生的VHF辐射源三维定位资料，分析研究该事件的VHF辐射源时空位置及通道发展特征，对比研究该事件与K过程、预击穿过程的异同以及与企图先导、直窜先导等其它闪电放电子过程的关系，探讨CPT事件的发生物理过程。该研究将深化对CPT事件放电特征及物理过程的认识，促进对引发继后回击的放电过程的理解。

闪电放电过程中会产生一种以不规则脉冲簇（chaotic pulse trains, CPT）为典型特征的放电事件，伴有较强的高频辐射。该事件最初常发现于继后回击之前的先导阶段，因常被称为“不规则先导”（Chaotic leader）。后来有研究者在云闪以及地闪首次回击之前也发现了少量此类脉冲簇。至今对该事件没有明确的定义。在很长的一段时间内，CPT事件是在闪电电磁场的观测研究中附带发现的一种现象。而对CPT事件的针对性观测和研究仍然较少，对其发生规律、通道发展特征和物理机制还不明确。为了进一步深入认识CPT事件尤其是不规则先导，需要进一步观测和分析研究。. 本项目针对闪电CPT事件，设计构建多参量同步观测系统，开展野外同步综合观测试验，获取综合观测资料；对比闪电子放电过程，研究CPT事件的时频域特征以及发生规律；分析其通道发展特征，探讨CPT事件的发生发展物理过程。. 本项目获得的详细结果如下。（1）发展了闪电多频段宽带多参量综合探测方法及系统，实现了低频电磁场、宽带辐射场、光辐射以及高速摄像的同步观测；（2）于2013-2015年开展了每年为期4个月的闪电外场综合观测试验，探测记录到数百例多参量同步综合观测数据；（3）发展了一种基于多尺度熵技术的不规则脉冲簇事件分析方法，给出了不规则先导、梯级先导、直窜先导等不同先导的多尺度熵差异；（4）分析获得了不规则脉冲簇事件的时频域特征和发生规律，揭示了该事件在云闪以及正负地闪放电过程中的普遍存在性；（5）对比研究了其它闪电子放电过程，发现了不规则脉冲簇事件与闪电子放电过程及闪电放电参量之间的关系；（6）进一步研究了一种重要不规则脉冲簇事件-不规则先导，获得了该先导的时频域特征以及基于高速摄像数据的通道发展的精细描绘，给出了其可能的物理过程。（7）最终发表期刊文章8篇，其中SCI文章5篇，获得发明专利授权2项，实用新型专利1项，发表会议文章3篇。. 该项目研究结果进一步深化了对CPT不规则脉冲簇事件发生规律、放电特征的认识，重点揭示了不规则先导的放电物理过程，深化了对继后回击放电过程的理解。