青藏高原东北部闪电VHF辐射脉冲功率观测及雷暴电荷结构初步分析

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本论文利用自行研制的基于时差法(TOA)闪电VHF辐射源三维定位系统及闪电VHF辐射源功率接收系统,对青藏高原东北部的频率范围在267-273MHz的闪电VHF辐射源功率三维分布特征进行了观测,并初步分析了雷暴电荷结构。由于闪电辐射脉冲信号在经过了自制的偶极子全向天线,前置放大器以及后置放大器后,信号得到了放大,为了定量精确测量闪电VHF辐射脉冲功率,本文对该系统进行了室内与室外的标定实验,在室外试验中利用系留气球携带的中心频率为270 MHz的球载闪电模拟信号源(自行研制)和标准接收系统(由标准的对数天线和频谱分析仪组成),对闪电VHF辐射源功率接收系统进行了野外标定实验。通过同步测得的标准接收功率与接收系统输出电压值,应用最小二乘法拟合,结合电磁波在传播过程中电波损耗公式,得到了真实接收功率关系式。通过室内与室外标定实验获得的数据比较,还得到了自制接收系统的全向偶极子天线的增益系数为0.985。  论文主要利用闪电VHF辐射脉冲功率接收系统,在青藏高原东北部地区进行了野外闪电辐射源观测,对获得的29例闪电(22次云闪和7次地闪)辐射源功率的分布行了统计分析,得到了闪电VHF辐射脉冲功率三维时空发展分布图。根据闪电VHF辐射脉冲功率的三维分布特征,对闪电的电荷结构进行了初步分析。结论如下:  1、由野外系统标定功率值与室内标定功率值比较,得到了自制天线的增益系数约为0.985,说明自制天线符合理论设计值。  2、室内标定接收功率与输出电压的函数关系式:Pr=42.09×Vout-97辐射源脉冲功率Ps(mW)计算公式: Ps=(4πr)2/λ2×10(4.209×Vout-9.7)  3、室外标定接收功率与输出电压的函数关系式:Pr+A=42.47×Vout-97.18辐射源脉冲功率Ps(mW)的计算公式:Ps=104.247×Vout+2lgf+2lgr-5.88  4、在267-273MHz的频段内,负地闪的辐射源功率分布在2.2mW-45W的区间内,正地闪的辐射源功率分布在3mW-37.5W的区间内,云闪辐射源功率分布在9.6mW-95W的区间内。  5、在0-5W之间的辐射源点地闪占了95%以上,云闪占了大概85%,这就说明了在0-5W这个范围里面,地闪辐射点比云闪要多。在10W以上的辐射源点中正负地闪占了大概1%左右,云闪却占了8%左右,这就说明云闪的辐射脉冲功率10W以上的点分布要比地闪多。并且在50W以上的辐射源点云闪要比地闪多。所以说,云闪的辐射源点的功率值要比地闪辐射源点的功率值高,这可能与云闪和地闪的起点机制和放电发展过程的不同有关。  6、在正云闪中,上部正电荷区的辐射源功率值要比下部负电荷区的辐射源功率高。上部正电荷区平均值为4.8W,下部负电荷区平均辐射脉冲功率为1.6 W。  7、在负云闪中,下部正电荷区的辐射源功率值高于上部负电荷区的辐射源功率。下部正电荷区平均辐射脉冲功率为3.2 W,上部负电荷区平均辐射脉冲功率为2.5 W。  8、在负地闪中,正电荷区平均辐射脉冲功率为4.7 W,负电荷区平均辐射脉冲功率为3.0 W。  9、在29次闪电中,统计结果显示:负电荷区辐射源数都少于正电荷区,绝大多数正电荷区的平均辐射脉冲功率值大于负电荷区,但个别闪电的负电荷区平均辐射脉冲功率大于正电荷区。
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