第１３卷華中電力２０００年第３期
ｉｌ～１新型雷電通道模型簡介坐武漢
．１＾ｈ２６ｌ５
４３￣７２）
（武漢水利電力大學，湖北
摘要：介紹了一種改進型雷擊模型，它既兼有雷擊本身的特點，又具有相對簡潔的數學基礎。模型對於特定
出１簡介
密度相對獨立，且其放電速度比殘餘的儲存先導電荷要快的多。在這一過程中指定了對地電流，地面
雷擊模型一直是進行雷電理論研究中的重要一雷擊物的高度及回擊速度。每單位長度的電荷量及兩個放電時間常數都綜合考慮了標準遠距離場的
典型屬性和通道基部電流，及火箭引雷中個例的瞬
時場和電流。
環，以前人們較多使用的是所謂的傳輸線模型，但它
存在較多侷限性。
目前最可靠的雷擊模型也許是的模型，由於它包含了太多的可變引數，要進行數值計算太麻煩。但也因各種可調引數的存在，此模型可以對測得的電場和磁場值進行很好
的估計。
２模型模型中，假設在一條垂直於良導體地面的通道
發生雷電回擊，從地面向上傳播的回擊釋放掉儲存在先導中的電荷。回擊頭的上移速度設為此值符合及測得的次回擊速度。光學儀器測量表明隨著高度增
最近介紹了一種雷擊模型，其中
假定對地電流和早於雷擊波頭時的電流相等。也就是，由於在那點有電荷聚集，可以將雷擊頭看作為電流源，並假定電流以光速向下傳播。因此任意高
加速度雖有所降低，但用恆速來計算發生在以微秒度的電流能由對地點 ，－０的電流決定，且，）＝級來計的電場和磁場峰值是合適的。由於儲存先導此模型命名為「流動電流源模型」。此模型電荷的釋放，假定回擊頭及其後流人回擊通道中的的不合理處在於電荷不可能被瞬時吸收到雷擊頭。
本文介紹的改進模型綜合了以上兩種模型的最優特性和ｕｍａｎ（簡稱ｄｕ）認為，儲存在先導中的電荷是由回擊波頭上公升時釋放的，並以光
電流向下傳播的速度為光速ｃ。
先考慮如下例子，其中任意高度的儲存先導電
荷以單指數時間常數ｔｄ釋放電流人延伸到地的通道。推導知，要對地產生特定的電流值ｉ（０，ｅ），沿先導通道線性電荷密度 ｃ／ｍ）必須為：
ｐ．（）一 １
速向下傳播，但他們允許電荷較慢而不是瞬時流人
到通道，這就類似於ｌｉｎｅｔａ１．模型中的電暈電流部分。此外，他們將釋放電荷分為兩部分。為了模擬ｈｎｅｔａ１．的主導電流，假定先導頭和先導中心的電荷
收稿日期
ｌ）竹ｎ旦ｕｊ｝
（１）其中公式（１）表明沿通道的電荷
作者簡介：陳燕萍（１９７５一），女，高電壓技術及其裝置專業頂士研究生
２０００年第３期華中電．力第１３卷
分布同時依賴於ｉ（ｏ，）和出（ｏ，ｔ）／ｄｔ。
在圖１中顯示了兩條對地的回擊電流波形。電流１的電流最大值為為７５ｋａ／ｏ．ｓ，其總電流波形類似在自然雷電中發現的標準次回擊電流平均值波形，選取的７５ｋａ／０，ｓ介
於自然雷和人工引雷的次回擊值之間。電流２是首次回擊的平均值，或較大的次回擊電流波形。
ｔ／ｉｔｓ
（ａ）兩條回擊電流波形
一葛＼。ｖ藏揮
半牮廿∥ ｓ
（ｂ）它們對時間的求導值
圖１兩條電漉波形及其對時間的求導值
圖２中，利用電流１代人公式（１），來計算放電
時間常數ｔ對通道中低於２５０ｍ的電荷分布影響。對於ｔ為０．ｏ１ｓ或ｏ．１０，ｓ，由於它使公式（１）的第二項很小，故電荷分布的波形類似於對地的電流波
形。每單位長度平均電荷值要為才能保證對地產生電流１。隨著增大，必須有越來越多的電荷儲存在沿先導通道的較低部分（，＜５ｏｍ）以保證所需（ｄｌ／ｄｔ）￣為上限為：
ｉｐｒ，、
、（ｄ其中，昂為電流峰值，（ｄ￣／ｄｔ）為峰值電流過後電流求導的負最大值。
確定了對地雷擊點的電流ｉ（０，ｆ）和放電時間常數 ，則高度＝的電流 （，ｔ）由下式決定：
一（３）
１２·通道高度向
圖２對於通道底部電漉１和不同的放電時間常數值丁ｄ．
沿先導通道的線性電荷密度
圖３中，假定ｔ為ｎ６ ｓ時，給出了高度從２０ｍ
到５０００ｎｌ的電流波形變化。如圖可見，電流幅值隨
著高度上公升而下降，這正如同ｊｏｒｄａｎ和對次回擊的觀察結果，但圖中上公升時問並未《爝
相應變長。在２０ｍ高度時，電流峰值已從對地點的ｌ４降到１１ｋａ。通過分析可得出結論，在０，１０，ｓ到１．０ ｓ範圍間的放電時間常數既顯著影響到電
場和磁場的初始峰值，也影響到峰值附近的場結構。
圍３採用通道底部電漉波形電漉１
得到的隨高度變化的通道電流
以上考慮了儲存先導電荷按單指數時間常數放
電的一般模型特點，現在使用一種雙時間常數的模
型，它更適合描述自然雷和人工引雷的特性。對通道電流使用雙時間常數後，在通道不同高度產生的電
流將更吻合快速攝像中的回擊圖象。對於放電先導通道兩個假設獨立的物理區域，ｄｕ採用了以下兩個獨立的放電時間常數：（１）代表先導「頭部」和「中心」的時間常數ｔ下標ｂｄ代表時間常數ｔ（ｃ代表ｃｏｒｏｌｌａ）。
假設ｔ遠大於 。
圖４和表１所示的對地點電流，是將和以上討論的兩個物理過程相關的電流人為分為兩部分，其
第１３卷新型雷電通道模型簡介
《 雜２０００年第３期
中每部分可利用提出的表示式計算：告曹
其中，常數厶為幅值，為幅值修正係數，ｔ 為電流上公升時間常數，為電流延遲時間常數。圖１和圖４的兩條電流使用的常數值在表１列出。乏蠼
ｔ／ｕ ｓ
［ａ）電流１
（ｂ）電流２
圖４將通道底部電流波形電流１和電流２
劃分為主導電流和電暈電流的圖示
表１利用公式ｆ４１分別計算回擊圖１和圖４的電流波形
電流１和電流２時的常■表
通過由於新增ｉ及ｉ。而產生的相應電荷和電流，利用公式（１）和（３），可以計算電荷分布ｐ＇ｔ（ｚ）及
通道電流分布 （：，）。考慮到以前結果及在首次數
微秒內對地電流差不多全部為主導電流的事實，ｄｕ假設以下計算都採用主導放電時間常數ｔ ０．６ ｓ，電暈放電時間常數５ｓ。圖５中，利用圖４中電
流１與電荷分量和對應的主導電流和電暈電
流，畫出了通道中低於２５０ｍ和２５００ｍ的電荷分布。柱蛙垂
措獸曹｛暈
進牮薔通道高度，ⅲ
（ｂ）２５０￣ｍ
圖５先導通道在（ａ）２ｓｏｉｎ和（ｂ）２５ｏｏｍ高度的
線性電荷密度ｐ，，（ｚ ）
由圖５ａ可見，接近地面０ ０ｍ）的電荷分布是被
主導電荷ｐ呷所佔據，它和圖２中ｔｎ假設為ｌ時
的分布３類似。在高度大於１ｏ００ｍ時，所有的電荷都儲存在電暈殼層（圖５ｂ）。
對於通道底部電流ｌ，隨通道高度而改變的總電流波形示於圖６。和圖３比較可知，由於有分開的
電暈放電過程，隨著通道高度的增加，電流上公升時
間也增加，同時電流幅值下降。這和ｊｏｒｄ－衄和ｕｍａｎ
［１９８３］用光學儀器測量的結果更吻合。
在距離ｄ＝１００ｋｍ時，對計算波形的影響示於圖７。正如預想，並未對初始峰值產生影響，此時的電場波形由假定的ｔ ．６ ｓ決定。在從１到２ｏ 的範圍內，形成了一系列次峰。第二個峰值發生在
／圖６採用通道底部電流波形電流１且時得到的隨高度變化的通道電流
１３２０００年第３期華中電力第１３卷
了實測的對地電流及其特性。當主導放電時間常數
是電流上公升時間的４倍，且電暈放電時間常數大約
目為５－１０ｔｒｓ時，用兩條典型電流計算的場波形最吻合於自然雷測量場波形。
露｛刪刪
ｔｆ ｓ
圍７在通道基部電流波形為電流１，且艫０．６時．
對ｄ＝－ｉ￣ｋｍ高度的垂直電場的影響
ｔ／ ０
｛ａ）垂直電場
對於為町在０．１５到１２
間時，計算出的電場前端部分（５ ｓ）示於圖８ａ。對
於電流上公升時間假定為ｏ．１５ ｓ的電流ｆ這是最敏感的區域。隨著的增加，初始峰值降了４０％，且出現了次蜂。比較圖８ａ中計算出的波形和測量得到的自然雷典型波形．可知當ｔ＝（０．６ ８）為ｆ】＝（０．１５）的４倍時，兩者最吻合。
在自然界中，對地點電流和電流上公升率都是特
定先導電荷放電分配的結果。因此，可以認為快速放電過程（ｔⅲｊ影響到快速上公升電流（ｔｊ。故對於電流 ，期望丁皿和ｔｔ有一定相關性。
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