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雷雨云起电机制的探索思路

已有 786 次阅读 2022-11-23 13:30 |系统分类:科研笔记

雷雨云起电机制的探索思路

火山喷发时,尘埃云团中闪电和尘埃云团-地面间闪电,地表尘暴中和火星尘暴中闪电,都没有或很少水粒子参与,尤其火星尘暴中闪电。另外木星大气中闪电频繁,更没有水粒子参与(1-4)。因此,经典雷雨云起电理论和所有以水粒子为主角的云起电理论,都没有涉及自然现象的本质!

雷雨云团中闪电以及云地间闪电,和火山喷发时,尘暴时,云团中闪电以及云地间闪电,其起电机制应为同一个,至少差别应不大。

由于闪电,是短暂强释电-短暂时间内释放大量电能,并对应生成短暂强光的自然现象,则单靠地球大气中云团内荷电粒子的自由组合,很难形成持续的高电能供应。

由于(1)地球多重德拜球层中地表所荷负电荷不会短时间内大幅减少或消失,即地表的电场变化不大,或地表的电场的寿命远长于云团的寿命。(2)太阳辐射,宇宙射线,地表放射物等致电离所形成的地球大气中大量荷电粒子长期存在。

因此,(1)与胶体粒子荷电机制近同,大气中中性粒子可通过与大气中荷电粒子结合方式而成为荷电粒子。(2)在地球多重德拜球层(CMDS地)中负电层-地表的电场中,形成云团-地表之局域多重德拜球层,这样的相邻层间才会形成或拥有大的或巨大的电能蓄存。(3)云团-地表之多重德拜球层相邻层间释电-充电处于动态平衡中。只要云团存在就会有云团-地表之局域多重德拜球层存在,相邻层间释放电后会及时充电,云团-地表之局域多重德拜球层的相邻层间是天然蓄电池。

云团中闪电,云地闪电所释放的电能源于云团-地表之局域多重德拜球层相邻层间所蓄电能。

依据云团-地表之多重德拜球层分布中的云团中电荷分布,呈现异性荷电层区的相间分布。其中最靠近地表的为正电层。

扰动可使云团中多重德拜球层中某些层分解成离散的小荷电云团,同性荷电的小云团们排成一个层,异性荷电排-层相间分布。最靠近地表的为荷正电的小云团排成的层。

因地球大气始终处于运动中,对云团的扰动总存在,则实际云团中多重德拜球层中每个荷电层,可由多个同性荷电小云团排成,异性荷电排相间分布,如图所示(5)。

2A.云团中电荷基本分布状态(地表-云团之局域多重德拜球层)

在荷负电的地球表面的电场作用下,由于云团只是位于地表局部上空的一个物体或等离子体团,则云团中荷电粒子只能围绕地表局部形成地表-云团之局域多重德拜球层分布,云团中出现多个相间分布的异性荷电层区,其中最靠近地表的为荷正电层区。

2B.经典理论中雷雨云中电荷分布的三极模式

雷雨云中的电状态雷雨云中电荷分布模式最先为雷雨云的电偶极子模式:雷雨云上部为中心高度6公里、半径2公里、含正电24库的区域,下部为中心高度3公里、半径1公里、含负电20库的区域,云底附近有一个中心高度1.5公里、半径0.5公里、含正电4库的区域(往往称为正电荷中心)。这是从雷雨云电场探空仪(G.C.辛普森在20世纪30~40年代利用尖端放电原理制成的)的数十次探测结果归纳出来的。尽管双(偶)极型模型得到大量观测的支持,但仍有一些地面电场测量,尤其是一些正地闪的观测结果却与这种偶极性电荷结构不一致,气球探及更多的地面测量还进一步揭示出在雷暴中部主负电荷区下部,有时还存在另一个小的正电荷区,称为LPC(lower positive charge center),这种电荷分布结构称为三极性电荷结构。该模型最初是由 Simpson和 Scrase(斯克拉西)l、 Simpson和 Robinson(罗宾逊)“提出作为双(偶)极型分布的改进和综合考虑。他们是利用气球探空,根据进入雷暴云内69个气球的27次电晕电流测量分析得出的三极性电荷结构模型,即雷暴云上部为主正电荷区;中部存在一个主负电荷区:同时下部还存在一个较弱的正电荷区。

2C.云团中基本电荷分布状态的演化

云团中多重德拜球层,即相间分布的异性荷电层区,可在扰动中,分解成离散的多个荷电小云团。其中同性荷电小云团仍分布在原所在层的位置附近。

2D. 美国佛罗里达州、新墨西哥州夏季霍暴和日本冬季雷暴电荷分布模式

利用多站同步观测通过拟合闪电放电源得到的美国佛罗里达州和新墨西哥州夏季雷暴和日本冬季雷暴电荷分布经典模式。利用这种方法可得到与闪电放电有关的云内电荷分布。

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参考文献

1.        https://www.youtube.com/watch?v=FqmB4JmTv78

2.        https://www.x-mol.com/paper/1351998432497922048/t

3.        https://www.space.com/7102-lightning-detected-mars.html

4. https://tech.sina.com.cn/d/2018-06-08/doc-ihcscwxa1564299.shtml

5. https://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=3474929&do=blog&id=1364967





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