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1、第七章第七章雷暴云闪电雷暴云闪电2021/6/162021/6/161 1一、闪电闪电二、雷二、雷三、负地闪放电过程三、负地闪放电过程2021/6/162021/6/162 2一、闪闪电电 1、闪电的定义： 闪电指积雨云中不同符号荷电中心之间的放电过程，或云中荷电中心与大地和地物之间的放电过程，或云中荷电中心与云外大气不同符号大气体电荷中心之间的放电过程。2021/6/162021/6/163 32、闪电分类、闪电分类根据闪电形状：根据闪电形状：线状、枝状、片状、球状、蛛状等线状、枝状、片状、球状、蛛状等闪电发生位置：闪电发生位置：云闪云闪地闪地闪云内闪电云内闪电云际闪电云际闪电云空闪电云空闪
2、电正地闪正地闪负地闪负地闪高层大气放电高层大气放电2021/6/162021/6/164 4(闪电发生位置闪电发生位置)闪电分类闪电分类2021/6/162021/6/165 5云内闪电云内闪电2021/6/162021/6/166 6云际闪电2021/6/162021/6/167 7枝状闪电枝状闪电2021/6/162021/6/168 8片状闪电片状闪电2021/6/162021/6/169 9线状闪电线状闪电2021/6/162021/6/161010株状闪电株状闪电2021/6/162021/6/161111蛛状闪电蛛状闪电2021/6/162021/6/161212按先导所转移电荷的
3、按先导所转移电荷的按先导所转移电荷的按先导所转移电荷的极性和运动方向可分极性和运动方向可分极性和运动方向可分极性和运动方向可分为四类：为四类：为四类：为四类：下行负地闪下行负地闪下行正地闪下行正地闪上行负闪电上行负闪电上行正闪电上行正闪电地闪类型：地闪类型：2021/6/162021/6/161313球状闪电球状闪电2021/6/162021/6/161414闪电的一些统计资料闪电的一些统计资料1、云地闪电约占总闪电的六分之一。、云地闪电约占总闪电的六分之一。2、负地闪电约占总云地闪电的、负地闪电约占总云地闪电的90%以上。以上。3、 正地闪产生的正地闪产生的电流明显大电流明显大于负地闪，正地
4、于负地闪，正地闪的平均持续时间比单次负闪击地闪持续闪的平均持续时间比单次负闪击地闪持续时间时间要长要长,大部分正地闪通常只有大部分正地闪通常只有单次回击单次回击 。4 、一次地闪过程的持续时间典型值为、一次地闪过程的持续时间典型值为0. 2 s。5、一次负地闪过程输送到大地的地闪电荷平、一次负地闪过程输送到大地的地闪电荷平均值约为均值约为20C。2021/6/162021/6/161515二、雷二、雷1、雷雷的定义：的定义：伴随闪电而产生的声辐射。伴随闪电而产生的声辐射。闪电能量是在瞬间释放的，因而具有极其强大的闪电功率，从而构成一次爆炸闪电能量是在瞬间释放的，因而具有极其强大的闪电功率，从而
5、构成一次爆炸过程，于是闪电产生冲击波，并在传播过程中迅速衰减为声波，形成所谓雷过程，于是闪电产生冲击波，并在传播过程中迅速衰减为声波，形成所谓雷 。雷可分为两部分：雷可分为两部分：一是人耳可以听到的声能量，称为一是人耳可以听到的声能量，称为可闻雷，可闻雷，可闻雷又可分为炸雷和闷雷。可闻雷又可分为炸雷和闷雷。二是二是次声次声，频率低于人耳能够听到的雷声，频率低于人耳能够听到的雷声，通常在几十赫兹以下。通常在几十赫兹以下。2021/6/162021/6/1616162、雷的描述、雷的描述(1)云地闪电通常产生最响的雷。云地闪电通常产生最响的雷。(2)在超过十英里左右的距离外偶尔才能闻雷。在超过十英
6、里左右的距离外偶尔才能闻雷。(3)用看到闪电与听到第一次雷声之间的时间用看到闪电与听到第一次雷声之间的时间间隔可以估计闪击距离。间隔可以估计闪击距离。(4)大气湍流能减小雷的可闻度。大气湍流能减小雷的可闻度。(5)紧接强烈雷鸣之后，常有倾盆大雨。紧接强烈雷鸣之后，常有倾盆大雨。(6)雷声的强度似乎一地不同于另一地。雷声的强度似乎一地不同于另一地。(7)当隆隆声持续时，雷的音调变深沉。当隆隆声持续时，雷的音调变深沉。 2021/6/162021/6/161717三、三、三、三、负地闪放电过程负地闪放电过程负地闪放电过程负地闪放电过程负地闪放电过程定义为将云内的负电荷输送到地面的放电负地闪放电过程
7、定义为将云内的负电荷输送到地面的放电过程。过程。一次始于云中的负地闪放电过程通常将一次始于云中的负地闪放电过程通常将几十库仑的负极性几十库仑的负极性云电荷云电荷带到地面。带到地面。按照国际惯例，一次完整的闪电过程定义为一次按照国际惯例，一次完整的闪电过程定义为一次“闪电闪电(flash(flash或或lightningflash)”lightningflash)”，其，其持续时间为几百毫持续时间为几百毫秒到秒到1 1秒钟不等秒钟不等。一次闪电包括一次或几次大电流脉冲过程，被称为一次闪电包括一次或几次大电流脉冲过程，被称为“闪击闪击(stroke)”,(stroke)”,而其中最强的快变化部分叫
8、而其中最强的快变化部分叫“回击回击（returnstrokereturnstroke）”。闪击之间的时间间隔一般为几十。闪击之间的时间间隔一般为几十毫秒，对地闪电在人眼中所呈现的闪烁，便是由几次闪击毫秒，对地闪电在人眼中所呈现的闪烁，便是由几次闪击所造成的。所造成的。 2021/6/162021/6/161818一次完整的地闪发展过程示意图一次完整的地闪发展过程示意图预击穿过程预击穿过程P梯级先导梯级先导L连接过程连接过程首次回击首次回击R连续电流过程连续电流过程C直窜（箭式）先导直窜（箭式）先导继后回击继后回击回击后回击后2021/6/162021/6/1619192021/6/162021
9、/6/162020预击穿过程预击穿过程电荷：云中大电荷：云中大电场在地面感电场在地面感应出符号相反应出符号相反的电荷。的电荷。动力原因。动力原因。2021/6/162021/6/162121梯级先导过程梯级先导过程击穿击穿/梯级先导的梯级先导的发展：梯级先导发展：梯级先导是一系列小电流是一系列小电流脉冲脉冲(约约50m长长)，随着它的向下，随着它的向下传输电离一个空传输电离一个空气柱。气柱。平均传播速度：平均传播速度：3105m/SFractal。2021/6/162021/6/162222连接过程连接过程连接：向下发连接：向下发展的梯级先导展的梯级先导与从地面产生与从地面产生的向上的连接的向
10、上的连接先导连接后，先导连接后，形成一个完整形成一个完整的电离通道。的电离通道。闪击距离。闪击距离。2021/6/162021/6/162323在雷电防护设计中一个重要的参量在雷电防护设计中一个重要的参量闪击距离指连接先导从被雷击物体上激闪击距离指连接先导从被雷击物体上激发出来的瞬间被雷击物体和下行先导之发出来的瞬间被雷击物体和下行先导之间的距离。（间的距离。（指先导向下运动的顶端与闪击目标间的距离，就是与目标物直接相连的距离，通常这一点已确定。） hr=10*I0.65 (hr击距）I1=5.4KA I2=10.1KA I3=15.8KA闪击距离闪击距离2021/6/162021/6/162
11、424首次回击首次回击回击：在由梯级先回击：在由梯级先导形成的电离通道导形成的电离通道中流过的大电流脉中流过的大电流脉冲，并中和了更多冲，并中和了更多的云中电荷。的云中电荷。宽频谱。宽频谱。2021/6/162021/6/162525关于回击关于回击 回击上行的速度约为回击上行的速度约为5107m/S，并随高度而，并随高度而衰减。一般认为首次回击的峰值电流平均值为衰减。一般认为首次回击的峰值电流平均值为2040kA，200kA的发生几率为的发生几率为1。继后回击的。继后回击的峰值电流分布与首次回击类似，但大小差不多为峰值电流分布与首次回击类似，但大小差不多为首次首次回击的一半回击的一半。，回击
12、通道的电流核心为，回击通道的电流核心为1cm左右，通道温度在瞬间达到左右，通道温度在瞬间达到30000度，由此产生度，由此产生的高压使通道迅速扩张，并产生冲击波，最终变的高压使通道迅速扩张，并产生冲击波，最终变成雷声。成雷声。每个地闪平均有每个地闪平均有4个回击个回击2021/6/162021/6/162626直窜先导直窜先导直窜先导直窜先导:一个直一个直窜先导快速地跟窜先导快速地跟随着回击并重新随着回击并重新电离传导通道。电离传导通道。暂态电离通道。暂态电离通道。平均传播速度：平均传播速度：2106m/S2021/6/162021/6/162727继后回击继后回击继后回击继后回击:直窜直窜先
13、导到达地面先导到达地面后第二个回击后第二个回击发生。发生。RLCoscillation。2021/6/162021/6/162828连续电流过程连续电流过程大部分的闪电包含至少一个短或长连续电流过程。大部分的闪电包含至少一个短或长连续电流过程。其次约其次约50的闪电包含一次长连续电流过程，的闪电包含一次长连续电流过程，这类闪电向地面输送的电荷约为不包含长连续电流这类闪电向地面输送的电荷约为不包含长连续电流闪电的两倍。闪电的两倍。单次闪击正地闪单次闪击正地闪之后的连续电流过程之后的连续电流过程输送到地面的电荷所占的比例较负地闪中的连续电输送到地面的电荷所占的比例较负地闪中的连续电流要大的多。流要
14、大的多。含有长连续电流分量的闪电对地面物体的危害为没含有长连续电流分量的闪电对地面物体的危害为没有连续电流闪电的几倍，因而被称作有连续电流闪电的几倍，因而被称作“热闪电热闪电”，它常引起森林火灾、金属构筑物的过热损伤或高架它常引起森林火灾、金属构筑物的过热损伤或高架输电线的损坏等。输电线的损坏等。2021/6/162021/6/162929地闪电场变化地闪电场变化B变化：预击穿变化：预击穿I变化：云内放电变化：云内放电L变化：先导变化：先导R变化：回击变化：回击C变化：连续电流变化：连续电流J变化：变化：回击后回击后M变化：变化：C过程中过程中K变化：云内流光变化：云内流光F变化：放电后期变化
15、：放电后期2021/6/162021/6/163030思考题1、闪电的定义。2、闪电的分类。2.1 云闪指不与大地和地物接触的闪电，它包括（ ）；（ ）；（ ）。2.2 下列关于正地闪的叙述正确的是（ ）A正地闪在夏季雷暴中很常见B正地闪过程转移的电荷量比负地闪要少的多C大部分正地闪通常只有单次回击D正地闪回击后，连续电流过程不明显 2021/6/162021/6/163131思考题2.3 下列关于正地闪和负地闪的对比说法不正确的是（ ）A正地闪比负地闪发生的概率要低B正地闪产生的电流明显大于负地闪C正地闪比负地闪输送的电荷量少D正地闪的平均持续时间比单次负闪击地闪持续时间要长 2.4 一次地
16、闪过程的持续时间典型值为（ ）A1 s B 0. 5 s C0. 2 s D2 s3、什么是雷？是怎样产生的？4、一次地闪放电过程，可包括（预击穿过程；梯级先导；回击；直窜先导；继后回击）等子过程。 2021/6/162021/6/163232思考题5、关于回击电流下列说法正确的是（ ）A回击电流是具有双峰形式的脉冲电流波形B首次回击的峰值电流约为继后回击的3 倍以上C地闪电流中以回击电流最强，危害最大D常见的负地闪回击中，峰值电流典型值为103A 量级 6 、一次负地闪过程输送到大地的地闪电荷平均值约为（ ）A20C B30C C40C D50C 2021/6/162021/6/163333
17、思考题7 、下列关于正地闪的叙述正确的是（ ）A正地闪在夏季雷暴中很常见B正地闪过程转移的电荷量比负地闪要少的多。C大部分正地闪通常只有单次回击D正地闪回击后，连续电流过程不明显 8、什么是闪击距离？ 闪击距离是闪电防护的重要参数之一，指连接先导从被雷击物体上连接先导从被雷击物体上激发出来的瞬间被雷击物体和下行先导之间的距离。激发出来的瞬间被雷击物体和下行先导之间的距离。9、雷雷的定义。的定义。10、 雷可分为两类：雷可分为两类：（）；）；（）。）。 2021/6/162021/6/163434思考题11、梯形先导的平均发展速率一般为（ ）量级A 104 m/s B 105 m/s C 106
18、 m/s D 107 m/s 12 、关于地闪的回击过程，下列说法不正确的是（ ）A回击的亮度比先导强的多B回击的传播速度平均为5107 m/sC回击通道的直径可达几十厘米D回击的峰值电流可达104A 量级2021/6/162021/6/163535思考题13. 负地闪的连续放电过程是一个十分重要的过程，关于连续电流下列说法错误的是（ ）A约50%的闪电包含一次长连续电流过程B单闪击正地闪连续电流输送到地面的电荷比负地闪要少的多C含长连续电流过程的闪电向地面输送的电荷多于不含长连续电流的闪电D含长连续电流的闪电对地物的危害比没有连续电流的闪电要强的多 2021/6/162021/6/163636 结束语结束语若有不当之处，请指正，谢谢！若有不当之处，请指正，谢谢！
