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雷电的监测方法有哪些?

发布时间:2016-01-07  

利用照相机对闪电观测是研究闪电的重要工具之一。由照相观测可以测量闪电的时间、闪电的速度和闪电的结构。早在19世纪后期,Hoffert (1889)就利用照相摄影方法观测闪击,他将照相机作水平快速移动,获取闪电照片,观测闪电变化情况,发现闪击是有分枝的,并且闪击之间有连续发光存在。并测量两闪击的时间间隔为1/5~1/10秒, 这个时间显然是过大了。到20世纪初,法国Walter(1902~1918)利用一由钟控制的可移动照相机,他精确地测出了闪击之间的时间,并拍摄了第一次闪击之先导,并观测到第一次闪击是向下分枝的,
但是他没有发现先导是梯级的。同时,美国Larsen(1905)也进行了类似的闪电观测,测量了闪击之间的时间,并记录到一次由40次闪击组成的闪电,但是分不清箭式先导。  
9.1.1 闪电的高速旋转照相法 
 直至1926年博尹斯(Boys)设计的一种旋转式相机,后来称之Boys相机,如图9.1a,其结构是将两个照相机的镜头分别安装在一旋转圆盘的一条直径的两端,镜头随圆盘高速旋转。当观测闪电时,闪电成像于两镜头后面的静止底片上,由于圆盘快速旋

转,两镜头各向相反的方向移动,由于镜头的高速移动,闪电光不是同时到达底片上,使得照相底片上感光的闪光发生畸变,但是这畸变方向是以直径为对称的,镜头的旋转速度是已知的,所以通过将两幅图的比较分析,及一系列处理后,就可以推断出闪电的方向和速度;并且可以判断闪电发展的连续相位,从而得到闪电的结构和发展过程。如图9.1c中,假定一个镜头垂直地位于另一个之上静止观测,则得到一个向下伸展的闪电放电图像;而当两镜头以相反方向快速移动时,就会形成如图所示的两幅图,对于止方镜头,其闪光成像向右移,对于下方镜头的闪光成像向左移。为精确测量这些位移,在图中画直线q-s-p,然后将照片的两部分画成如图那样的排列,并使通过
直线的q-s-p相应部分彼此平行,测出位移a~b (图9.1b) 和p~q,并将p~q减去a~b,得它们之差,然后除以镜头运动的速度的2倍,就得闪光由a到p的实际时间。由此可以画一张闪电发展的时间表。博尹斯相相的时间分辨率可以达到微秒量级,利用该相机成功地获取了大量地闪结构的照片。由于该相机获取的闪电照片结构呈波纹状,所以时常将这种相机称为波纹状相机。至1929年博尹斯又对他的相机作了进一步的改进,如图9.2 ,他将转动相机镜头改为两镜头固定不动,而照相底片作快速旋转。这有利于提高观测的稳定性,同时提高观测的精度。  
9.1.2 高速线扫描照相机 
 为观测回击闪电通道径向(侧向)变化,Takagi等制作了一高速扫描照相机,它是对一般线扫描照相机改进。图9.3显示了这种相机的结构,它的部件有:物镜、图像辅助(放大)装置、一维荷电耦合器件(CCD)图像感应器、一个探测器驱动器和一视频放大器。CCD图像感应器是由1024个高灵敏度的硅光敏二极管组成的一线性阵列,每一光敏二极管的宽度为13?m、长为26?m,所有的光敏二极管与CDD移位寄存器相连接。以约10MHz右旋速率驱动感应器,帧速率以约每秒7800扫描线,图像放大器对波长由低于350nm到950nm敏感,并且具有600nm的的辐射光到物镜后。图像感应器充足的曝光,调节图像放大器将放入射光放大30倍,并且选择光纤窗的图像器减小光的透射。大气电场和闪电电场的测量 
      大气电场是大气电学的一个最基本的参数,大气电场的测量也是一个最基本的测量,根据测量的大气电场可以对大气中的电状况有一个全面的认识,同时也为推算大气中的其它各大气电学参数提供了一个基本已知量。 
     9.2.1 静电电场强度测量 
     在地面测量,早期的电场仪,其输出的是交流信号,信号的大小正比于场强,将这些信号显示或记录,或经整流给出直流输出。为了确定电场极性则要另加电路。就是在仪器配置一对板极或栅网,其面积要大于电场仪转动盘的面积,两板间相隔一定距离,并加上电压

 


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