论文摘要
2006年至2007年,分别在山东滨州地区和甘肃平凉地区进行了自然闪电和人工触发闪电光谱的观测工作,取得了大量的试验资料,结合2002年至2005年本试验小组所取得的光谱资料,总结了云闪光谱与云对地闪电光谱在光谱结构上的异同,并对不同地区的闪电放电等离子体特性参数进行了对比分析。结果表明,对于云闪光谱,大致呈现出两种结构特征,一类具有和地闪光谱相似的结构特征,另一类谱线结构完全不同。出现这种状况的原因可能是由于闪电发生强度、通道内部电荷分布等不同所致。同时,依据谱线波长、相对强度以及谱线跃迁参数等信息,结合等离子体相关理论,得到了放电通道温度和电子密度;在此基础上,根据Saha方程、电荷守恒方程和粒子数守恒方程计算了闪电回击通道内主要元素各级电离的粒子数密度,进而得到通道内质量密度、压强及平均电离度,并分析了不同温度闪电放电通道的电离度、粒子数密度及其分布特征。结果表明:闪电回击通道接近于完全电离,一次电离离子占主要地位,且NII离子数密度最高;不同温度的闪电放电通道中,NII、OII离子的相对浓度值变化不大;一般情况下,闪电放电的强度越强,通道内部的温度、组分粒子数的数密度、质量密度以及压强越高,除了一次电离的粒子外,其他粒子的相对浓度也具有相同的变化趋势。计算过程中考虑带电离子间库仑相互作用以后,原子电离能的计算值降低,如果仅考虑对Saha的修正,发现温度较高的放电通道中,中性及一次电离离子的数密度降低,而二次及二次以上电离离子密度升高,如果同时考虑对配分函数的影响,中性原子的数密度变大,甚至扩大一倍以上。闪电放电通道内部的压强因闪电强度及触发环境的不同而有所变化,但基本上在几个到几十个大气压之间变化。通道内的质量密度与标准状况下相比,约为标准状况下0.01到0.1倍。本工作提供了一种除电学观测手段以外的研究闪电物理机制的方法。由于闪电在全球氮氧化物的形成中占重要地位,本工作将给相关方面的研究提供一定的参考数据和帮助。