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雷電的監測方法有哪些?

發(fā)布時(shí)間:2016-04-11  

利用照相機對閃電觀(guān)測是研究閃電的重要工具之一。由照相觀(guān)測可以測量閃電的時(shí)間、閃電的速度和閃電的結構。早在19世紀后期,Hoffert (1889)就利用照相攝影方法觀(guān)測閃擊,他將照相機作水平快速移動(dòng),獲取閃電照片,觀(guān)測閃電變化情況,發(fā)現閃擊是有分枝的,并且閃擊之間有連續發(fā)光存在。并測量?jì)砷W擊的時(shí)間間隔為1/5~1/10秒, 這個(gè)時(shí)間顯然是過(guò)大了。到20世紀初,法國Walter(1902~1918)利用一由鐘控制的可移動(dòng)照相機,他精確地測出了閃擊之間的時(shí)間,并拍攝了第一次閃擊之先導,并觀(guān)測到第一次閃擊是向下分枝的,

但是他沒(méi)有發(fā)現先導是梯級的。同時(shí),美國Larsen(1905)也進(jìn)行了類(lèi)似的閃電觀(guān)測,測量了閃擊之間的時(shí)間,并記錄到一次由40次閃擊組成的閃電,但是分不清箭式先導。  

9.1.1 閃電的高速旋轉照相法

直至1926年博尹斯(Boys)設計的一種旋轉式相機,后來(lái)稱(chēng)之Boys相機,如圖9.1a,其結構是將兩個(gè)照相機的鏡頭分別安裝在一旋轉圓盤(pán)的一條直徑的兩端,鏡頭隨圓盤(pán)高速旋轉。當觀(guān)測閃電時(shí),閃電成像于兩鏡頭后面的靜止底片上,由于圓盤(pán)快速旋

轉,兩鏡頭各向相反的方向移動(dòng),由于鏡頭的高速移動(dòng),閃電光不是同時(shí)到達底片上,使得照相底片上感光的閃光發(fā)生畸變,但是這畸變方向是以直徑為對稱(chēng)的,鏡頭的旋轉速度是已知的,所以通過(guò)將兩幅圖的比較分析,及一系列處理后,就可以推斷出閃電的方向和速度;并且可以判斷閃電發(fā)展的連續相位,從而得到閃電的結構和發(fā)展過(guò)程。如圖9.1c中,假定一個(gè)鏡頭垂直地位于另一個(gè)之上靜止觀(guān)測,則得到一個(gè)向下伸展的閃電放電圖像;而當兩鏡頭以相反方向快速移動(dòng)時(shí),就會(huì )形成如圖所示的兩幅圖,對于止方鏡頭,其閃光成像向右移,對于下方鏡頭的閃光成像向左移。為精確測量這些位移,在圖中畫(huà)直線(xiàn)q-s-p,然后將照片的兩部分畫(huà)成如圖那樣的排列,并使通過(guò)

直線(xiàn)的q-s-p相應部分彼此平行,測出位移a~b (圖9.1b) 和p~q,并將p~q減去a~b,得它們之差,然后除以鏡頭運動(dòng)的速度的2倍,就得閃光由a到p的實(shí)際時(shí)間。由此可以畫(huà)一張閃電發(fā)展的時(shí)間表。博尹斯相相的時(shí)間分辨率可以達到微秒量級,利用該相機成功地獲取了大量地閃結構的照片。由于該相機獲取的閃電照片結構呈波紋狀,所以時(shí)常將這種相機稱(chēng)為波紋狀相機。至1929年博尹斯又對他的相機作了進(jìn)一步的改進(jìn),如圖9.2 ,他將轉動(dòng)相機鏡頭改為兩鏡頭固定不動(dòng),而照相底片作快速旋轉。這有利于提高觀(guān)測的穩定性,同時(shí)提高觀(guān)測的精度。  

9.1.2 高速線(xiàn)掃描照相機

為觀(guān)測回擊閃電通道徑向(側向)變化,Takagi等制作了一高速掃描照相機,它是對一般線(xiàn)掃描照相機改進(jìn)。圖9.3顯示了這種相機的結構,它的部件有:物鏡、圖像輔助(放大)裝置、一維荷電耦合器件(CCD)圖像感應器、一個(gè)探測器驅動(dòng)器和一視頻放大器。CCD圖像感應器是由1024個(gè)高靈敏度的硅光敏二極管組成的一線(xiàn)性陣列,每一光敏二極管的寬度為13?m、長(cháng)為26?m,所有的光敏二極管與CDD移位寄存器相連接。以約10MHz右旋速率驅動(dòng)感應器,幀速率以約每秒7800掃描線(xiàn),圖像放大器對波長(cháng)由低于350nm到950nm敏感,并且具有600nm的的輻射光到物鏡后。圖像感應器充足的曝光,調節圖像放大器將放入射光放大30倍,并且選擇光纖窗的圖像器減小光的透射。大氣電場(chǎng)和閃電電場(chǎng)的測量

     大氣電場(chǎng)是大氣電學(xué)的一個(gè)最基本的參數,大氣電場(chǎng)的測量也是一個(gè)最基本的測量,根據測量的大氣電場(chǎng)可以對大氣中的電狀況有一個(gè)全面的認識,同時(shí)也為推算大氣中的其它各大氣電學(xué)參數提供了一個(gè)基本已知量。

    9.2.1 靜電電場(chǎng)強度測量

    在地面測量,早期的電場(chǎng)儀,其輸出的是交流信號,信號的大小正比于場(chǎng)強,將這些信號顯示或記錄,或經(jīng)整流給出直流輸出。為了確定電場(chǎng)極性則要另加電路。就是在儀器配置一對板極或柵網(wǎng),其面積要大于電場(chǎng)儀轉動(dòng)盤(pán)的面積,兩板間相隔一定距離,并加上電壓

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