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雷電的監(jiān)測(cè)方法有哪些?

發(fā)布時(shí)間:2016-04-11  

利用照相機(jī)對(duì)閃電觀測(cè)是研究閃電的重要工具之一。由照相觀測(cè)可以測(cè)量閃電的時(shí)間、閃電的速度和閃電的結(jié)構(gòu)。早在19世紀(jì)后期,Hoffert (1889)就利用照相攝影方法觀測(cè)閃擊,他將照相機(jī)作水平快速移動(dòng),獲取閃電照片,觀測(cè)閃電變化情況,發(fā)現(xiàn)閃擊是有分枝的,并且閃擊之間有連續(xù)發(fā)光存在。并測(cè)量?jī)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(jì)初,法國(guó)Walter(1902~1918)利用一由鐘控制的可移動(dòng)照相機(jī),他精確地測(cè)出了閃擊之間的時(shí)間,并拍攝了第一次閃擊之先導(dǎo),并觀測(cè)到第一次閃擊是向下分枝的,

但是他沒(méi)有發(fā)現(xiàn)先導(dǎo)是梯級(jí)的。同時(shí),美國(guó)Larsen(1905)也進(jìn)行了類似的閃電觀測(cè),測(cè)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(dǎo)。  

9.1.1 閃電的高速旋轉(zhuǎn)照相法

直至1926年博尹斯(Boys)設(shè)計(jì)的一種旋轉(zhuǎn)式相機(jī),后來(lái)稱之Boys相機(jī),如圖9.1a,其結(jié)構(gòu)是將兩個(gè)照相機(jī)的鏡頭分別安裝在一旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)的一條直徑的兩端,鏡頭隨圓盤(pán)高速旋轉(zhuǎn)。當(dāng)觀測(cè)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(zhuǎn),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(dá)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(duì)稱的,鏡頭的旋轉(zhuǎn)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(xù)相位,從而得到閃電的結(jié)構(gòu)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)之上靜止觀測(cè),則得到一個(gè)向下伸展的閃電放電圖像;而當(dāng)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(duì)于止方鏡頭,其閃光成像向右移,對(duì)于下方鏡頭的閃光成像向左移。為精確測(cè)量這些位移,在圖中畫(huà)直線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)

直線的q-s-p相應(yīng)部分彼此平行,測(cè)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(yùn)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(dá)到微秒量級(jí),利用該相機(jī)成功地獲取了大量地閃結(jié)構(gòu)的照片。由于該相機(jī)獲取的閃電照片結(jié)構(gòu)呈波紋狀,所以時(shí)常將這種相機(jī)稱為波紋狀相機(jī)。至1929年博尹斯又對(duì)他的相機(jī)作了進(jìn)一步的改進(jìn),如圖9.2 ,他將轉(zhuǎn)動(dòng)相機(jī)鏡頭改為兩鏡頭固定不動(dòng),而照相底片作快速旋轉(zhuǎn)。這有利于提高觀測(cè)的穩(wěn)定性,同時(shí)提高觀測(cè)的精度。  

9.1.2 高速線掃描照相機(jī)

為觀測(cè)回?fù)糸W電通道徑向(側(cè)向)變化,Takagi等制作了一高速掃描照相機(jī),它是對(duì)一般線掃描照相機(jī)改進(jìn)。圖9.3顯示了這種相機(jī)的結(jié)構(gòu),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(yīng)器、一個(gè)探測(cè)器驅(qū)動(dòng)器和一視頻放大器。CCD圖像感應(yīng)器是由1024個(gè)高靈敏度的硅光敏二極管組成的一線性陣列,每一光敏二極管的寬度為13?m、長(zhǎng)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(qū)動(dòng)感應(yīng)器,幀速率以約每秒7800掃描線,圖像放大器對(duì)波長(zhǎng)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(yīng)器充足的曝光,調(diào)節(jié)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(cè)量

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

    9.2.1 靜電電場(chǎng)強(qiáng)度測(cè)量

    在地面測(cè)量,早期的電場(chǎng)儀,其輸出的是交流信號(hào),信號(hào)的大小正比于場(chǎng)強(qiáng),將這些信號(hào)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(duì)板極或柵網(wǎng),其面積要大于電場(chǎng)儀轉(zhuǎn)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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