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连接过程

发布人:admin   发布时间:2019-06-11   作者:   资料来源:

      在对地放电过程中,通常当下行的梯级先导传播至地面几十米的范围内时,先导头部电荷产生的局地电场将由于地面上的电导物体如:高山、树木、传输线或飞行中的飞机等的存在而增强,而地面或地面的突出物体上也将产生向上的迎面先导,当二者相连接时,将导致强的放电过程即回击的产生。先导和回击之间的过程被称为连接过程。目前为止,对连接过程尽管有不少理论研究,一些静止和高速摄像系统也不断证实首次和继后回击之前上行连接先导的存在(Berger, 1967; Orville and Idone, 1982;Wang et al., 1995),但目前为止对这些过程的认识仍不十分清楚。
      事实上,回击之前的连接过程直接与雷击的物理机制相联系,特别是由于连接过程在头顶电线防雷设计中的重要性,对连接过程的研究不仅是目前理论研究者的重要任务,也是电力线雷击研究的重要内容。在雷电防护设计中一个重要的参量是闪击距离。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间的距离。通常认为在这一瞬间闪击目标被确定,闪击点位于被雷击物体和最后一个先导之间,通常假定在二者的正中间。
      Berger(1972)曾经给出了在地面测量到的回击峰值电流和在开始1毫秒内转移到地面的总电荷量之间的关系。对于实测的89次负地闪回击拟合得到的电流I和转移电荷之间的关系:
I=10.6Q0.7                                                           (4-15)
Golde(1977)曾经从理论上给出了闪击距离ds与回击峰值电流I的关系式,可以估算闪击距离ds
ds=10I0.65                                                            (4-16)
      上两式中,I以kA计,Q以库仑计,ds以米计。
      目前为止,由于探测设备的限制,几乎没有对闪击距离和回击峰值电流的同步观测资料。利用条纹照相和静止照相对闪击距离的估算一般在十-几百米的范围(Berger,1977;Berger and Vogelsanger,1966;Orville, 1968; Krider and Ladd, 1975)。
      利用照相的方法一般很难观测到产生于地面的上行先导,一般照相得到的结果都是发生于高塔或者高建筑物上,而且在高建筑物或者高塔上还常常同时观测到没有与下行先导相连接的上行先导(McEachron,1939; Berger,1967,1977;Berger and Vogelsanger,1966),也有两个上行先导同时与一个下行先导相连接的情况(Guo and Krider, 1982)。图4-4给出了Krider and Ladd(1975)在南Arizona利用普通照相机拍摄到的一次具有不同接地点的多回击地闪静止照片。从图中可以看到两个不同的接地点(左、中)以及一个没有接地的分叉通道(右),在前面一个接地点附近还可以清晰地看到两个没有与下行先导相接的上行先导。

图4-4 利用普通照相机拍摄到的一次具有不同接地点的多回击地闪静止照片(Krider and Ladd, 1975)。
 
      Wang et al.(1999a)最近在Florida利用0.1ms时间分辨率闪电发展自动观测系统(ALPS)对三次人工引雷过程进行了观测,得到了由下行先导引发的上行连接先导的直接光学证据,他们认为回击开始于下行先导和上行迎面先导连接的瞬间,两次引雷的连接点分别位于引雷针上方7~11m和4-7m的高处,并在连接点处产生最强的光辐射,之后回击同时沿上、下两个方向传播,传播速度接近于光速。实际上对连接过程的最新认识大多来自于对人工引发雷电下行先导和上行先导的观测,详细研究可以参见第六章。