作者单位
摘要
1 兰州城市学院 培黎石油工程学院,甘肃兰州,730070
2 兰州城市学院 电子与信息工程学院,甘肃兰州,730070
利用光谱范围为400~1000 nm的无狭缝光栅光谱仪记录了云对地闪电放电光谱,在可见光谱的低频段观测到丰富的一价氮离子谱线,没有明显观测到其他重要的离子谱线。闪电通道内大量电子在电场作用下向地面倾泻使通道快速加热,沿通道径向温度降低,通道表面附近氮离子与电子的相互作用增强从而产生连续辐射。闪电的连续辐射机制主要包括轫致辐射和复合辐射,对应于氮离子与自由电子的库仑碰撞和对自由电子的捕获。当等离子体温度低于10000 K时,轫致连续辐射谱为平坦谱,其对连续谱在可见光范围内的轮廓特征没有明显影响。复合辐射方面,以类氢离子经典辐射理论为基础,引入非类氢的复杂离子近似计算方法,用Gaunt因子进行量子力学修正,分析氮离子的复合辐射过程。据此导出连续光谱复合辐射系数与波长的函数关系,由关系式绘制氮等离子体连续辐射光谱的特征曲线,与闪电连续光谱观测结果进行比较,发现等离子体表面电子温度与连续辐射光谱谱峰的位置密切相关;引入氮离子的有效核电荷数Z*对连续谱的阶跃特征和谱翼展宽特性有显著影响。对比发现,当Z*为3时,理论曲线与连续光谱的轮廓特征高度一致。Z*的取值范围由离子种类决定,有效荷电荷数Z*能很好地解释闪电等离子体在给定波长下连续光谱的阶跃特征。
闪电光谱 连续辐射 谱轮廓特征 电子温度 lightning spectra continuous radiation spectral profile feature electron temperature 
中国光学
2021, 14(5): 1243
张华明 1,2,*张义军 1,3吕伟涛 1张阳 1[ ... ]樊艳峰 1
作者单位
摘要
1 中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室/雷电物理和防护工程实验室, 北京 100081
2 山西省气象灾害防御技术中心, 山西 太原 030002
3 复旦大学大气科学研究院, 上海 200438
4 新疆气象灾害防御技术中心, 新疆 乌鲁木齐 830001
利用无狭缝光谱仪获得了一次空中触发闪电过程中400~660 nm的发射光谱, 对空中触发闪电小回击和上行正先导通道的发射光谱进行了分析, 讨论了人工触发闪电导线通道与空气通道光谱的差异, 发现导线段通道光谱持续了约140 ms, 而空气段通道仅持续了0.167 ms; 结合Fe, N, O等元素的电离能、 激发能, 给出了导线通道亮度强、 持续时间长的原因。 在电流强度相同的情况下, 人工触发闪电通道的导线段有更多的粒子被激发, 能产生更多的光谱辐射, 导线段通道的亮度远强于空气段, 导线段通道的光谱强度也远强于空气段; 在随后的等离子体通道消散阶段导线段闪电通道的复合反应持续时间也更长。 通过对小回击以及上行正先导导线通道上部、 下部空气段光谱结构以及通道温度等参数与广东地区自然闪电特征谱线及温度等参数的比较, 发现小回击通道光谱主要由NⅡ离子低激发态之间的跃迁组成, 具有NⅡ 444.7 nm, NⅡ 517.9 nm, NⅡ 616.8 nm等广东地区一般强度自然闪电的特征谱线。 上行正先导下部空气段通道具有高激发能的谱线开始消失, 出现了Hα, Hβ, OⅠ 615.8 nm等激发能较低的谱线, 具有闪电回击后期的光谱结构。 小回击通道以及上行正先导通道下部空气段温度分别为21 000和20 000 K, 通道温度低于自然闪电温度。
空中触发闪电 导线通道 空气通道 闪电光谱 Altitude triggered lightning Metal channel Air channel Lightning spectra 
光谱学与光谱分析
2018, 38(12): 3673
作者单位
摘要
1 兰州城市学院电子与信息工程学院, 甘肃 兰州 730070
2 西北师范大学物理与电子工程学院, 甘肃省原子分子物理与功能材料重点实验室, 甘肃 兰州 730070
基于连续辐射理论, 得到连续辐射能量与等离子体电子温度的关系式。 依据青海地区一次强地闪回击过程的光谱, 从中分离出连续辐射强度, 对其吸收特征进行分析以减小吸收带来的计算误差。 通过对连续谱强度的曲线拟合得到闪电放电通道电子温度, 温度峰值为29 800 K, 温度下限为16 200 K, 由同一波段光谱中的O Ⅰ线和N Ⅱ线分别拟合了电子温度。 比较结果发现: 由连续辐射得到的闪电通道电子温度从高温向低温过渡, 高温值与离子线信息获得的闪电核心电流通道处的温度符合较好, 而低温则与原子线计算的结果接近, 反映了外围电晕发光通道的温度。 所以, 依据连续谱得到的结果能更全面地反映温度沿通道径向的分布。 对于闪电热等离子体通道, 连续谱法提供了一种计算闪电放电通道电子温度的新途径, 对地闪回击研究有一定的意义。
闪电光谱 连续辐射 光谱分离 电子温度 Lightning spectra Continuous radiation Spectrum separation Electron temperature 
光谱学与光谱分析
2018, 38(4): 1209
作者单位
摘要
1 中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室/雷电物理和防护工程实验室, 北京 100081
2 山西省雷电防护监测中心, 山西 太原 030002
用无狭缝光谱仪获得了广东地区一次人工触发闪电首次回击过程的发射光谱, 同时测量了回击电流峰值为183 kA, 回击持续时间为45 ms。 发现导线部分通道的发射谱线中存在4075, 4190, 4253和5179 nm等激发能比较高的谱线, 具有强闪电通道发射光谱的谱线结构, 空气部分则具有弱闪电通道的谱线结构; 导线部分与空气部分的基本谱线的相对强度差别较小, 强闪电特征谱线相对强度相差非常大。 通过对导线部分与空气部分谱线激发能等参数的分析, 发现回击开始时, 导线部分先导通道还未完全消失, 回击脉冲电流对先导闪电通道等离子体进行了进一步激发, 增加了等离子体的温度和密度, 使得导线部分具有较高激发能的谱线被完全激发, 相对于空气部分4075, 4190, 4253和5179 nm等谱线的强度有较大程度的增加, 造成导线部分通道与空气通道两种不同的光谱结构。 通过光谱分析, 获得了闪电通道不同部分的温度、 电子密度等参数, 发现导线部分通道的辐射特性不同于空气通道是导线部分通道发光亮度与电流相关性较差的原因。
人工触发闪电 导线通道 空气通道 闪电光谱 Triggered lightning Wire channel Air channel Lightning spectra 
光谱学与光谱分析
2017, 37(6): 1692
作者单位
摘要
1 西北师范大学物理与电子工程学院,甘肃省原子分子物理与功能材料重点实验室, 甘肃 兰州 730070
2 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所, 甘肃 兰州 730000
3 中国科学院安徽光学精密机械研究所, 中国科学院环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
利用无狭缝摄谱仪获得的地闪回击光谱, 结合同步电场资料, 计算了一次闪电放电过程中的通道温度、 电导率、 回击电流峰值、 通道光亮度和电磁功率峰值等参数, 均在文献报道的合理范围内。 并由此讨论了回击前截止时间、 回击通道光亮度及电磁功率峰值之间的相关性, 研究了放电通道的电导率、 电流和电磁功率之间的变化关系。 结果表明: 回击前截止时间越长, 回击过程中所中和的电荷越多, 形成的电流越大, 辐射出的电磁能量越大。 当通道电导率变大, 同时电场变化峰值也增大时, 通道内电流变大, 回击过程中辐射出的电磁功率也变大。 这方面的工作为计算闪电放电过程中产生的光学能量和电磁能量提供一定的参考依据。
闪电光谱 电磁功率 通道光亮度 电导率 Lightning spectra Electromagnetic power Luminance of the channel Conductivity 
光谱学与光谱分析
2015, 35(6): 1474

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