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      雷電的監測方法有哪些?

      發布時間:2016-04-11  

      利用照相機對閃電觀測是研究閃電的重要工具之一。由照相觀測可以測量閃電的時間、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測閃擊,他將照相機作水平快速移動,獲取閃電照片,觀測閃電變化情況,發現閃擊是有分枝的,并且閃擊之間有連續發光存在。并測量兩閃擊的時間間隔為1/5~1/10秒, 這個時間顯然是過大了。到20世紀初,法國Walter(1902~1918)利用一由鐘控制的可移動照相機,他精確地測出了閃擊之間的時間,并拍攝了第一次閃擊之先導,并觀測到第一次閃擊是向下分枝的,

      但是他沒有發現先導是梯級的。同時,美國Larsen(1905)也進行了類似的閃電觀測,測量了閃擊之間的時間,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,后來稱之Boys相機,如圖9.1a,其結構是將兩個照相機的鏡頭分別安裝在一旋轉圓盤的一條直徑的兩端,鏡頭隨圓盤高速旋轉。當觀測閃電時,閃電成像于兩鏡頭后面的靜止底片上,由于圓盤快速旋

      轉,兩鏡頭各向相反的方向移動,由于鏡頭的高速移動,閃電光不是同時到達底片上,使得照相底片上感光的閃光發生畸變,但是這畸變方向是以直徑為對稱的,鏡頭的旋轉速度是已知的,所以通過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展的連續相位,從而得到閃電的結構和發展過程。如圖9.1c中,假定一個鏡頭垂直地位于另一個之上靜止觀測,則得到一個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時,就會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,在圖中畫直線q-s-p,然后將照片的兩部分畫成如圖那樣的排列,并使通過

      直線的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,然后除以鏡頭運動的速度的2倍,就得閃光由a到p的實際時間。由此可以畫一張閃電發展的時間表。博尹斯相相的時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,所以時常將這種相機稱為波紋狀相機。至1929年博尹斯又對他的相機作了進一步的改進,如圖9.2 ,他將轉動相機鏡頭改為兩鏡頭固定不動,而照相底片作快速旋轉。這有利于提高觀測的穩定性,同時提高觀測的精度。  

      9.1.2 高速線掃描照相機

      為觀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,它是對一般線掃描照相機改進。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、一個探測器驅動器和一視頻放大器。CCD圖像感應器是由1024個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右旋速率驅動感應器,幀速率以約每秒7800掃描線,圖像放大器對波長由低于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。大氣電場和閃電電場的測量

           大氣電場是大氣電學的一個最基本的參數,大氣電場的測量也是一個最基本的測量,根據測量的大氣電場可以對大氣中的電狀況有一個全面的認識,同時也為推算大氣中的其它各大氣電學參數提供了一個基本已知量。

          9.2.1 靜電電場強度測量

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

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