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评估上行闪电事件在莫洛多卡西莫车站测量
利斯特兹·阿劳霍、米格尔·吉马良斯市、阿德里亚娜·佩德罗萨、玛丽亚·穆尔塔·瓦尔、西尔维奥·米沙罗
LRC——闪电研究中心 米纳斯吉拉斯联邦大学日联集团 巴西
摘要：本文介绍了2008-2012年期间在Morro多卡西莫站测量的闪电事件的一些电流数据，包括9个向下负的第一次雷击(其中4个与多次雷击有关)，8个未连接的向上导线是对向下负接近地面的先导的响应，和5个负向上闪电。所有负向上闪电的电流波与第一次撞击的代表波和未连接的向上引导电流的例子一起给出。总结了这些电流的参数。
关键词：雷电流；闪电的测量电流；第一次冲击；向上闪电；向上未连接闪电；
1导言
自2008年Morro多卡西姆波站的雷电流测量系统最近改进以来，已经测量了几个向上事件，包括向上未连接的导线和负向上闪电以及相应的电场。
通过这些改进，两个冗余测量系统能够通过安装在桅杆底部的皮尔逊线圈记录击中60米高塔架的雷电流，覆盖范围从20 A到200 kA。
电流传感器以60毫秒/秒的采样速率馈入八通道数据采集板[1-2]。电场测量系统，包括安装在距离铁塔45米的水平位置的鞭状天线[3]检测与附近笔画(最远10公里)相关的这种场的变化。该系统的采样速率为100千牛顿/秒。可以同时获得塔的撞击电流和现场记录。
本文介绍了2008-2012年期间在Morro多卡西姆波站测得的最新海流记录数据，重点是上行闪电。这是因为历史上在该站检测到这种事件的频率较低。它还解决了与向下负闪电相关的事件相比，此类事件电流的一些差异。
2事件摘要
表一总结了2008年至2012年3月记录的事件数量。
表一 2008年后监控监记录摘要
|
事件 |
数量 |
百分比 |
|
记录的事件总数 |
22 |
100 |
|
与向下闪电有关。 |
17 |
77 |
|
o关联领导者(闪光) |
9 |
41 |
|
o未连接的向上领导者 |
8 |
36 |
|
向上闪电 |
5 |
23% |
根据监控系统中闪电电流测量的以往经验，表一显示了一些有趣的方面。
首先，事件的数量远远低于预期。典型地，该站显示了每年7次测量闪光的速率，几乎所有的闪光都是负向下闪光。
此外，向上闪电的频率已经显著增加，曾经这种事件在那里非常罕见。
特别是，2011年强调了上述几点:仅测量到一次负向下闪电，同时记录了四次向上闪电事件。作者推测这种异常的低频率和该地区在那一年风暴季节温度下降之间的任何可能的关联，相对于典型的历史值估计超过3℃，大约28.5℃。
对于响应接近地面的负向下引线而开发的未连接的向上引线，直到最近，在测量系统的改进之后，才可能检测到它们，该测量系统将测量的触发设置为60 A，并允许记录几十毫秒的预触发周期。大多数此类事件的最大电流低于450安。
关于向上的闪电事件，它们都是负的，这意味着向上移动的电荷是积极的。此外，值得一提的是，甚至连一个五级事件都没有出现回程电流。这不同于其他塔的经验，例如奥地利的盖斯堡塔，在那里，据报道大约一半的上行闪电事件表现出的回击电流[4]。
作者对向上事件感兴趣，因为这样的事件在MCS中相对较少。此外，他们认为，考虑到常规的负向下闪电、未连接的向上引导者和负向上闪电，事件发生前(几毫秒前)期间电流分布的差异可以揭示事件形成中涉及的物理过程的相关方面。幸运的是，最近对MCS测量系统的改进使我们能够清楚地看到这些电流的细节，电流超过10安，这是检测到的噪声的近似阈值。
3结果和意见
在下图中，显示了上述闪电事件的电流记录，以及每个闪电事件的早期细节，这些细节对应于上升电流开始之前和之后的一段时间(右图)。
图1显示了MCS中最常见闪电事件的当前记录，即负向下返回冲程。除了当前峰值约为144 kA，远高于45 kA左右的中值(尽管2008年已经测量到高达153 kA的值)之外，它具有在那里观察到的此类事件的典型特征[5]。
图1 在MCS ( 2011年)中测量的负向下返回冲程电流的最近记录:(1)电流脉冲，(2)不同时间尺度和电流幅度下的窗口
未连接向上引线的典型记录中的电流分布如图2所示。
图2 最近在MCS(2011年2月24日)中测量的未连接上行导线的电流记录:(1)电流脉冲，(2)不同时间尺度和电流幅度下的窗口
最后，图3显示了自2008年以来在MCS中测量的五次负向上闪电事件的电流。事实上，它们都是从2010年11月到2011年12月记录的。
图3 记录自2008年以来测量的所有负向上闪电的电流，主电流在左边，电流脉冲的细节在右边的指示时间窗口。活动:(a) 2010-11-01，(b) 2011-11-13，(c) 2011-12-16，(d) 2011-12-26和(e) 2011-12-26
由于作者对在莫洛多卡西姆波站很少测量的上行闪电事件特别感兴趣，2010年至2011年在那里测量的五次上行闪电事件的一些参数总结在表二中。
该表显示了事件发生前阶段(大约1毫秒之前)的峰间间隔tP的范围，以及电流tT、峰值电流IP和总转移电荷q的近似持续时间。
表二 上行闪电实测电流参数汇总
|
事件 |
tP(micro;s) |
tT (ms) |
IP(A) |
Q(C) |
|
2010-11-01 |
25–30 |
7.3 |
2500 |
-5.97 |
|
2011-11-13 |
40–45 |
70 |
160 |
-6.32 |
|
2011-12-16 |
40 |
13 |
1500 |
-6.44 |
|
2011-12-26 |
50–62 |
17 |
1400 |
-6.16 |
|
2011-12-26 |
50—66 |
6.5 |
760 |
-1.29 |
有趣的是，我们注意到，除了一个例外，表二中的所有事件都负责将约6℃的正电荷从地面转移到大气中，尽管它们的峰值电流值非常不同。电流的持续时间和振幅之间似乎有一种平衡，导致了相同近似电荷的转移。
对于向下负闪电和向上未连接的导线，也总结了类似的参数。表三显示了第一次负向下冲程的电流。
表三 负向下返回冲程(第一冲程)的测量电流参数汇总
|
事件 |
笔画数 |
tP(micro;s) |
tT(ms) |
IP(kA) |
Q(C) |
|
2008-02-01 |
1 |
40 |
3.9 |
-153 |
-19.67 |
|
2008-02-24 |
4 |
_ |
0.77 |
-14 |
-0.13 |
|
2008-10-31 |
9 |
66 |
0.83 |
-47 |
-7.78 |
|
2009-03-24 |
3 |
44 |
5.77 |
-30 |
-7.58 |
续表三 负向下返回冲程(第一冲程)的测量电流参数汇总
|
2009-10-07 |
7 |
57 |
3.74 |
-42 |
-5.62 |
|
2009-12-19 |
1 |
_ |
0.76 |
-45 |
-5.44 |
|
2010-01-22 |
1 |
40 |
1.5 |
-52 |
-8.44 |
|
2011-02-24 |
1 |
33 |
2.5 |
-144 |
-22.6 |
|
2012-03-12 |
1 |
40 |
4 |
-30* |
-3.06 |
表三中九个负向下闪光中的四个是多冲程闪光。但是最近所有的闪光都是单冲程的。
值得一提的是，2008年2月24日击中塔的第一次撞击确实是闪电的第二次撞击，其第一次撞击连接了塔附近的地面，如当地闪电定位系统所示。和后续冲程一样，在返回冲程电流之前的早期阶段，电流几乎没有脉冲。
峰值间隔也没有显示在12月12日(2009)测量的电流。在这种情况下，早期阶段的电流记录中存在严重干扰，这妨碍了可靠计算该间隔的可能性。
特别是，记录中没有很好地定义3月12日(2012年)测得的电流峰值-30 kA，表三中所示的峰值只是一个近似值。
表四显示了八个向上测量的未连接导线的相似参数的汇总。
表四 未连接上行导线测量电流参数汇总
|
事件 |
tP(micro;s) |
tT(ms) |
IP(A) |
|
2011-01-16 |
40 |
1.6 |
1679 |
|
2011-02-01 |
40 |
0.35 |
100 |
|
2011-12-01 |
50 |
0.8 |
145 |
|
2011-12-26 |
70 |
0.4 |
369 |
|
2011-12-26 |
50 |
1.5 |
189 |
|
2012-01-26 |
40 |
1.5 |
402 |
|
2012-01-26 |
40 |
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