人工触发闪电通道的导电特性

用光学多道分析仪(OMA)获得了山东地区人工触发闪电回击过程的发射光谱.与以往的自然闪电光谱相比,除了氮、氧的中性原子及一次电离的离子谱和Hα谱线外,这次人工触发闪电的光谱还记录到了微量元素ArⅠ 602.5 nm及ArⅡ 666.5 nm的谱线.在局部热力学平衡近似下,根据光谱线的相对强度等参量,计算了闪电通道等离子体的温度;利用Hα线的Stark加宽、通过半经验方法获得了闪电通道的电子密度;首次结合等离子体理论得到了闪电通道的电导率,并由此讨论了通道的导电特性,分析了通道电导率与回击电流之间的相关性,为进一步计算回击电流提供了参考数据.结果分析得出:闪电通道是良导体,电子是通道电流的主要载体;一般情况下,人工触发闪电的通道亮度比自然闪电通道大,而通道回击电流小于自然闪电.     

物理学史中的四月

正1661年4月10日:胡克记载毛细管作用的小册子(译自APS News,2013年4月)17世纪的科学家胡克(R.Hooke)最知名的是以他命名的胡克定律,以及他的经典著作《微物图解》(Micrographia),这是一本详细记录他在显微镜下观察日常物品的专著,完全以令人惊奇的图解呈现。然而胡克的兴趣很多元,在他最早期的研究中有一本关于毛细作用现象的小册子。胡克诞生于威特小岛的一个牧师家庭,起初跟他的三个哥哥一样注定要成为牧师,但他为严重的     

依据光谱研究闪电回击通道核心的特征参数

闪电回击通道核心中的大电流及其强电磁辐射是引发多种雷电灾害的主要根源。随着现代科技的飞速发展,闪电防护工作显得越为重要。为了完善闪电防护系统,需要从描述闪电回击通道核心的特征参数入手深入研究闪电通道形成和发展过程的微观物理机制。截至目前,光谱观测是获取闪电通道核心特征参数的最佳手段。2015年夏天在青海高原地区的野外试验中,利用由高速摄像机作为记录系统组装的无狭缝光栅摄谱仪,结合快天线地面电场测量仪,记录到一次包括四个回击的云地闪电放电过程的光谱以及与之同步的快电场变化信息。依据光谱,结合等离子体理论计算得到闪电回击通道核心的电导率。在此基础上,应用闪电电动力学模型计算了闪电回击速度、峰值电流、贯穿通道核心的电磁场以及通道核心单位长度的峰值功率等特征参数。结果表明,回击速度在(1.2～2.3)×108 m·s-1的范围内;贯穿回击通道核心的轴向电场、径向电场和磁感应强度的最大值分别在(1.42～1.74)×105 V·m-1,(8.22～9.99)×108 V·m-1和(1.51～2.83) T的范围内。当闪电回击的峰值电流在(7.52～24.05) kA的范围内时,回击通道核心的峰值功率在(0.63～1.92)×109 W·m-1的范围内。另外,分析了电导率、起始电场峰值、回击速度和峰值电流与峰值功率之间的相关性,结果发现峰值电流和峰值功率具有良好的线性关系。研究结果可为探索闪电回击通道形成和发展过程的微观物理机制提供参考依据。     

依据不同波段光谱诊断闪电回击通道温度

利用高速无狭缝光栅摄谱仪捕获到的一次闪电光谱资料,结合等离子体光谱理论,选用不同波段的光谱信息估算了闪电回击通道温度.结果表明:用不同波段的谱线组—单电离氮原子(NII)、中性氧原子(OI)和中性氮原子(NI),基于玻尔兹曼图法估算的闪电回击通道平均温度分别为43270 K,17660 K和17730 K;同时用NII和NI两个谱线组,基于萨哈-玻尔兹曼图法估算得到的闪电回击通道平均温度为24770 K.依据闪电通道电晕鞘模型和光谱辐射理论推断,单独选用NII谱线组获得的温度应该是闪电回击通道核心的温度,单独选用NI或OI谱线组获得的温度应该是围绕在闪电回击通道核心周围电晕鞘的温度;同时选用NII和NI谱线组,获得的温度应该是在曝光时间内整个通道截面(包括通道核心和电晕鞘)的平均温度.     

基于蒙特卡罗方法的卫星光学波段闪电辐射观测模拟

我国下一代静止气象卫星风云四号将首次搭载光学闪电成像仪上天,对闪电和与之相联系的强对流天气进行实时、连续观测。对未来风云四号卫星闪电观测资料的特性进行预先研究,一个重要的途径就是建立光学波段的闪电辐射传输模拟算法,对闪电辐射的物理过程及卫星观测到的闪电辐射光学特征进行模拟研究。结合风云四号卫星闪电成像仪观测的几何和波长参数,在构建简化的闪电光源模型和雷暴云模型的基础上,利用蒙特卡罗随机模拟和光子追踪方法,模拟得到了风云四号卫星闪电成像仪观测到的云顶闪电信号,并对其辐射特征进行了初步研究。结果表明,基于蒙特卡罗方法的闪电辐射传输模拟,可以从理论上揭示卫星光学波段闪电辐射观测与最重要影响参数之间的联系,这将为未来星载闪电资料的应用提供非常有价值的信息。     

闪电的人工触发和研究

介绍了人工引发闪电技术的发展历史和原理,以及近几年来我们利用这一技术在闪电物理研究方面取得进展。给出了人工引发闪电民流和高速摄像同步测量结果,并分析了各电流分量及其涉及的物理过程。在对比人工引发闪电与自然闪电异同的基础上,批出它的各方面都与从高建筑物始发的上行雷电十分相似。人工引发闪电在研究雷击机理、雷击效应、雷电防护以及电波传播、植物诱变育种等方面也具有广泛的应用前景。     

激光传输或能实现电能储存

正目前保护建筑免受闪电破坏的最好方法就是:插一根金属棒在建筑物屋顶上,并用导线接到地面。避雷针是大多数高楼会使用的壁垒方法,但目前亚利桑那大学的学者发现,高能激光可以引导闪电。激光可以将闪电引导到地上,或许,也可以引导到储电设备上。假设,帝国大厦在一瞬间被闪电击中了3次。     

全球总闪电的天基光学实时探测技术综述

强对流天气是发生最频繁、影响最广泛的气象灾害,造成了巨大经济损失,严重威胁人民和社会安全,更是航空航天和信息通信等技术领域的重大威胁。闪电作为全球性强对流天气的典型要素,对强对流具有重要指示作用,因此闪电探测和强对流预警预报成为天基遥感的重要任务之一。系统地总结了闪电危害,闪电探测体系的发展历程和现状,天基闪电光学探测的技术难点、实现途径和发展现状;同时详细阐述了我国FY-4A闪电成像仪技术实现途径及在轨应用成果。FY-4A闪电成像仪利用时间滤波、空间滤波、超窄带光谱滤波、星上时空域多维融合点目标检测等多维技术实现了天基闪电光学探测载荷的研制与在轨应用,国内气象部门和众多科研院所利用FY-4A闪电成像仪的闪电探测结果实现了强对流灾害的精确预警预报,产生了重大经济效益与社会效益。最后,针对目前闪电探测体系存在的问题,分析了我国未来天基闪电探测系统的发展趋势,为我国后续闪电探测发展提供了参考。     

飑线系统中的闪电辐射源分布特征及云内电荷结构讨论

本文利用SAFIR3000闪电定位资料和多普勒天气雷达资 料分析了2010年6月13日发生于北京的飑线 系统中的闪电活动特征并讨论了电荷结构, 发现闪电都集中分布在飑线的前部线状强回波区域内, 仅在消散阶段在层云降水回波内发生的闪电数目明显增加. 通过闪电分布与降水的关系研究发现, 总闪电与对流降水整体相关系数达到了0.82, 云闪与对流降水的整体相关系数为0.76, 表明闪电的发生与雷暴云内动力和微物理过程密切相关. 基于闪电的辐射源分布特征, 讨论了飑线内电荷分布特征. 研究结果表明在飑线成熟阶段, 闪电辐射源密度的分布呈现出双层结构的分布特征, 下部的闪电辐射源中心位于4 km高度处, 上部的辐射源中心位于11 km高度处, 根据闪电双向先导的传输方式, 闪电辐射源密度高值区对应于负先导在正电荷区的传播, 飑线对流云区内总体呈现出中间为负电荷区, 上部和下部分别为正电荷区的三极性的电荷结构：上部正电荷区位于10–12 km高度处, 中部负电荷区位于8–10 km高度处, 下部正电荷区位于4–7 km高度处. 关键词： 飑线 闪电辐射源 电荷结构 SAFIR3000     

指纹检验中的光特技

指纹作为法庭证据已有上百年历史,指纹鉴定自然也就不是什么新鲜话题,然而新型光源的出现,特别是激光器的产生,解决了指纹鉴定人员谋求已久的许多疑难指纹的检验.这里有一个真实的案例.1989年×月×日,美国弗罗里达州的一所高级公寓里,发生了一起特大凶杀案,被害人是一家电器公司的老板和他的妻子还有两个保镖人员.案发后,警方对现场进行了仔细搜查,除认定被害者均为枪杀之     

闪电光谱研究进展

简要回顾了早期闪电光谱的研究,分两个阶段综述了近二十年来国内外闪电光谱研究的最新进展。在20世纪60年代和70年代初,利用胶片相机获取的闪电光谱虽有诸多不足之处,但仍然取得了很多非常重要的研究成果,既为后期闪电光谱的研究奠定了坚实的基础,也指明了发展方向。2001年以来,国内首先利用普通数码摄像机组装成无狭缝光栅摄谱仪开始开展闪电光谱研究。普通数码摄像机虽然解决了胶片相机存在的问题,但拍摄速度较慢(50帧·s^-1),只能研究闪电回击通道在该时间范围内的整体性质。尽管如此,这些工作又一次推动了闪电光谱研究的发展,国际范围开始关注闪电光谱研究。Warner等于2011年用高速摄像机组装的无狭缝光谱仪记录到了云-地闪电梯阶先导的光谱,大幅度提高了拍摄速度(10 000帧·s^-1)。2012年以来,国内也开始利用以高速摄像机作为记录系统集成的无狭缝光栅摄谱仪捕获闪电光谱,用更高时间分辨率对闪电通道不同阶段的辐射光谱开展了大量研究,并取得了多项引人瞩目的成果,主要包括自然闪电的梯级先导、直窜先导和回击以及球状闪电和闪电通道核心的光谱研究。2017年,W...     

闪电光电信号的同步观测与闪电类型模式识别

 利用宽带电场仪和光学纹波探头,对2006年夏季广东省从化地区发生的自然闪电的光电信号进行了同步观测,并对结果进行了统计分析。统计结果表明：闪电光信号脉冲的发生时间和峰值到达时间总是滞后于电信号,并且脉冲上升沿和宽度也比电信号宽;云闪的光信号在上述特征参数的滞后量、上升沿时间和脉宽时间差要比地闪回击放电大。从闪电光电信号时域信号特征的角度,利用BP人工神经网络,对闪电类型进行了模式识别研究。总体识别结果基本上能够满足要求,但是由于云闪放电过程比较复杂,获得的数据较少,所以对云闪识别的效果并不理想。     

1783 年11 月27 日:米歇尔预见有黑洞

 我们都认为黑洞是20 世纪的发明,它溯自1916 年,当时爱因斯坦第一次发表了他的广义相对论,而德国物理学家施瓦茨查尔德(Karl Schwarzschild)从相对论的方程式所得到的数学解中,想见出如此的自然景象:环绕一个浓缩质量的时空球状截面会因极度弯曲以致外界看不见。但其实真正的黑洞概念“之父”是一个18 世纪谦逊的英国牧师米歇尔(John Michell),由于他的想法远超越当时的科学家,所以并未引起别人的注意,一直到一个多世纪后才再被发现。     

一次人工触发闪电上行正先导的传输特征

利用山东一次人工触发闪电的高速摄像和30 m, 60 m和480 m的同步电场测量, 清晰显示了人工触发闪电上行正先导的传输特征.上行正先导头部光强相对较强, 二维发展速度变化波动较大并呈现明显不规则性,表明上行正先导发展具有明显的梯级特征. 在先导开始阶段从340 m到705 m高度之间上行正先导平均发展速度为9.8×10⁴ m/s,起始速度是 3.8×10⁴ m/s,局部速度总体上随高度呈现增加趋势.电场变化在近距离产生有规律的梯级状 变化,记录到的28个梯级相邻梯级间隔变化从14 μs 到 39 μs,几何平均值为25.1 μs. 估计的先导梯级长度分布在0.9 m到3.7 m,几何平均值为1.7 m.先导电场变化由慢的正向梯级状变化和 脉冲变化组成,结合光学和电场变化测量结果,得出正先导头部通道发生弯曲可使其电场变化的梯级特征减弱 或消失;正负先导梯级形成机制可能类似,均由其先导头部前端的双向流光发展而来.     

基于光电二极管探测器的闪电光辐射信号观测

 利用硅光电二极管探测器,对2008年夏季广东省从化地区和北京昌平地区的自然闪电光辐射信号进行了观测研究,并对获得的312个观测数据进行了统计。得到如下结果：光辐射脉冲峰值为［10.97(5.55)±12.46］ mW/cm²,10%~90%光脉冲前沿为［1.14(0.44)±2.02］ ms,50%~50%光脉冲宽为［1.44(0.49)±2.07］ ms,一次闪电包含的光脉冲数为［3.78(3.00)±2.30］个;将统计结果与FORTE卫星上的硅光电二极管载荷的探测结果进行了对比,光脉冲峰值要大1~2个量级,脉冲宽度要小,符合对闪电光辐射信号传播的物理过程分析。     

�������缰���γɵ�һ�ֵ�������ģ��

根据已有文献描述的对球形闪电的观测和研究结果,总结了球形闪电的观测特征,介绍了目前对球形闪电的实验研究和理论研究现状,对球形闪电的结构模型进行了简单概括。还基于云对地的线状闪电,详述了一种形成球形闪电的等离子体模型。在该模型下,在某特定环境下线状闪电等离子体通道的一个区域坍塌成小的区域,形成球形闪电。指出了未来对球形闪电的研究方向。     

球形闪电及其形成的一种等离子体模型

根据已有文献描述的对球形闪电的观测和研究结果,总结了球形闪电的观测特征,介绍了目前对球形闪电的实验研究和理论研究现状,对球形闪电的结构模型进行了简单概括。还基于云对地的线状闪电,详述了一种形成球形闪电的等离子体模型。在该模型下,在某特定环境下线状闪电等离子体通道的一个区域坍塌成小的区域,形成球形闪电。指出了未来对球形闪电的研究方向。     

闪电放电通道的辐射演化特性

用无狭缝红外光谱仪获得了山东地区云对地闪电回击过程的近红外光谱,并与可见光波长范围的闪电回击光谱进行了对比分析.根据近红外光谱的结构特征,讨论了闪电通道等离子体的光谱辐射顺序以及不同波段连续光谱的主要辐射机制,研究得出:可见光谱主要是闪电回击初期和发展阶段的辐射;近红外光谱主要是闪电发展后期的辐射;可见波段的连续光谱主要来自韧致辐射的贡献,而红外部分的连续光谱主要来自复合辐射的贡献.由分析结果推断:闪电通道等离子体的复合过程是闪电产生O3、NOX的主要途径,复合过程中的氧吸附作用和去吸附过程是近红外光谱中氧原子谱线增多的重要原因,也是OI777.4nm相对强度比较大的主要原因.     

庞加莱于物理学的贡献

 两位华人数学家曹怀东、朱熹平最终破解了“庞加莱猜想”的报道，重新唤起了公众对“数学全才”庞加莱的关注。庞加莱的研究和贡献涉及数学的各个分支，例如函数论、代数拓扑学、阿贝尔函数和代数几何学、数论、代数学、微分方程、非欧几何、渐近级数、概率论等，当代数学不少研究课题都溯源于他的工作。孰不知，除了是一名数学家之外，庞加莱也是一位影响深远的物理学家，他的研究涉及到天文学、光理论、电磁理论、相对论等物理学分支。     

广州塔闪电光谱特性分析

利用广州高建筑物雷电观测站获得的600 m高广州塔上一次闪电3个回击放电过程的光谱资料,详细分析了广州塔上闪电光谱随时间的演化和随高度的变化特性,并通过对比实测的一组氮原子（NI）[856.8 nm, 859.4 nm, 862.9 nm]多重态的谱线强度比和理论计算值之比,验证了闪电近红外光辐射满足光学薄条件。结果表明：3个回击放电通道约在200 m以下发光较强;在回击放电初期,当向上传输的电流波还未到达通道顶部时,底部通道径向辐射光谱由较强的离子线和较弱的中性原子线组成,而通道顶部径向辐射光谱主要取决于下行先导,由较弱的离子线和较强的中性原子线组成;当回击电流波向上传输到通道顶部后,整个通道径向辐射出很强的离子线和很强的中性原子线,且离子线总强度和原子线总强度均随通道高度的增加而减小;在回击放电70μs以后,200 m以上通道离子线总强度和原子线总强度随通道高度的增加基本保持不变。此观测结果也直接证实了闪电放电通道由一个辐射离子线的高温核心和一个辐射中性原子线温度相对较低的外围电晕组成。