闪电始发过程高低频同步观测及放电特征研究

Two VHF broadband lightning interferometers and a VLF/LF 3D total lightning location network would be used to observe the preliminary breakdown pulses and isolated breakdown activity happen in the initiation stage of lightning with a specialized synchronous observation schemes. The research focus is to get the waveform features, discharge scale, extension pattern, velocity and temporal and spatial development characteristics of these two pulse events, by using two broadband lightning interferometers and the VLF/LF 3D total lightning location network. These characteristics would be used to learn the time order that VHF and VLF/LF radiation appear in lightning initiation stage and the relationship between the waveform features of preliminary breakdown pulses and the time -space development characteristics of preliminary breakdown process. Meanwhile, all off these characteristics would be compared among isolated breakdown activity, preliminary breakdown and CIDs. This work will provide the theoretical study of lightning initiation mechanism some supplementary observation fact and further enrich our understanding of preliminary breakdown process.

本研究基于架设在重庆市的VLF/LF三维全闪电定位系统，利用两套具备微秒量级时间分辨率的VHF闪电宽带干涉仪，对闪电预击穿脉冲序列和孤立脉冲序列进行同步定位观测。研究首先结合VHF干涉仪与VLF／LF多站网络的定位结果和波形记录，分析闪电始发过程VLF和VHF频段信号的发生次序；然后分析闪电预击穿脉冲波形特征与闪电始发位置、发展方向等时空发展特征之间的关系；最后，将云内孤立脉冲序列的VLF/LF、VHF辐射脉冲波形特征和时空发展特征与普通云、地闪预击穿过程以及CID进行比较。本研究通过双频段同步观测及放电特征研究，为闪电始发机制的理论研究补充新的观测事实，丰富人们对闪电始发过程以及闪电始发机制的认识。

在准备项目申请时，为认识闪电的始发机制，国内外已经做了大量的观测与理论研究工作。特别是随着探测手段的进步，对闪电起始过程时空发展特征的观测从早期单站观测估计大致起始位置，到利用多站电场观测得到大致的发展方向和发展速度，直至可以使用VHF定位系统给出高时空精度的辐射源时空演变特征。多年的观测研究已经取得了一系列重要结果，包括发展速度、放电尺度等。但研究者在这些观测结果反映了怎样的闪电发生、发展机制方面仍存在分歧。从观测的角度来看，使用宽带干涉仪结合VLF/LF多站地面电场变化观测对闪电始发过程进行有针对性的观测不仅仅是对现有观测研究的补充，更有可能给出新的观测事实，揭示这些脉冲事件发生期间放电过程的发生条件和发展机制。.在项目执行期内，国内外的相关研究工作利用连续干涉仪、多站地面电场变化阵列和VHF多站闪电定位系统结合地面电场变化观测给出了包括闪电始发阶段的快速正极性击穿、多站快电场定位观测、起始阶段地面电场变化波形特征与VHF定位结果的相关分析，以及基于多站地面电场变化观测的闪电起始放电电流模型设计与相关放电机制的分析。本项目也使用VHF宽带干涉仪的二维和三维观测以及重庆的VHF、VLF/LF双频段多站定位观测对始发阶段脉冲事件的时空发展特征进行观测，获得了重庆地区两年的多站双频段定位观测数据和部分VHF宽带干涉仪测试数据。利用这些数据以及已有的历史数据对闪电起始放电过程的时空发展特征、闪电起始放电的双频段辐射特征、与始发机制相关的闪电物理现象进行了观测研究。观测和分析数据的同时，我们对相关的观测设备与方法也不断进行发展与完善，实现了多基线宽带干涉仪测向方法，进一步完善了VHF、VLF/LF多站时差发定位系统。项目工作使我们对闪电始发放电过程有了更加深入的了解，对闪电始发机制有了更为直观的认识。同时，通过执行项目工作，我们也积累获得了必要的知识和观测手段，为进一步研究奠定了基础。