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本科生毕业外文翻译

翻译内容 《Lightning Physics and Effects》第1.3节与第1.4节

《雷电物理和影响》第1.3节与第1.4节外文翻译

1.3雷电主要特性概要

表1.1给出了下行负极性闪电特征，特别是云地闪的主要特征。在第4章将详细讨论负极性闪电。正极性和双极性闪电的特性在5章介绍，以及对应的闪电在第9章讨论。表1.2给出了与各种闪电过程相关的微秒级的电场脉冲特征。

在超出50公里左右的远距离观测中发现，各种雷电过程发出电磁信号的射频频谱峰值在5～10kHz。频率高于以上频谱峰值时，谱振幅与10MHz左右的频率成反比并且与约10MHz到10GHz的频率的平方根成反比（Cianos等人，1973）。频率为3-30MHz及以上的频谱的高频区辐射机理并没有得到充分的理解。通常认为，这种辐射是由许多新的闪电通道形成时产生的小火花引起的，也就是说，由空气击穿产生的而不是通过原有的通道中高电流脉冲传播的。

表1.1负的云地闪的特性

注：

a典型值是基于由佛罗里达大学的闪电研究小组获得的综合文献搜索和未发表的实验数据得出的。

b回击和M变化中所有的闪电电流特征都是基于闪电通道的测量。

c大约有30%-50%的闪电包含有持续时间大于40ms的连续电流。

d大约有15%-20%的闪电仅含有一次闪击。

1.4全球电路

在马力通过实验证明了富兰克林关于雷暴云带电的推测不久以后（1.1节），莱蒙尼尔（1752）发现了晴天大气的电效应。进一步的研究表明，地球表面带负电荷而空气带正电，而相关的近地面附近的晴天大气垂直电场大小约为100V/m。

1.4.1大气电导率

产生于宇宙射线和地壳中的放射性物质的离子导致50公里以下的大气层是导电的。直径在0.1至1纳米、寿命约为100s的小离子是低层大气导电的主要贡献者。这个高度上的自由电子在微秒量级时间尺度上是呈电中性的，并且对于50公里以下的大气电导率的作用是微乎其微的。60公里以上的高度，自由电子是大气电导率的主要贡献者。海洋上的平均电离率是1~10⁷m³/s。宇宙射线和放射性物质的作用与陆地表面基本相同。由于大量的水表面没有明显的放射性气体，所以海洋产生的离子约为陆地上的一半。在大约1公里或更高海拔，晴天大气离子主要由宇宙射线产生，而不受地下离子影响。电离率取决于磁纬度和太阳活动情况。

在海平面上的空气电导率约10^-14S/m，并随高度迅速增加。图1.3展现了高度从0到120公里的电导率的变化情况。图1.4.1中给出了大气层中各种不同区域的名称，图13.5和13.6分别给出了电子密度和碰撞频率关于高度的函数的典型值。

在35公里的高度，空气密度约为地球表面的百分之一，电导率大于10^-11S/m，这要比海平面上的电导率高三个数量级。相比之下，地球的平均电导率约10^-3S/m。正如图1.3中看到的，不同的测量方法测得相同的高度下的电导性存在很大变化，在60公里高度，约差六个数量级。在约80公里以上高度，由于地磁场的影响电导率表现出各向异性的特征（13.2节），并因太阳光电离过程的存在，电导率有昼夜变化的特征。

布雷克斯利等人（1989）报道，从U-2高空飞机的测量结果来看，在雷暴云上部近20公里处的电导率是相对稳定，变化范围小于plusmn;15%。然而，许多从雷暴云上部26公里和32公里高度之间的探空气球的探测结果分析，有些时候电导率可能会有显著的（最多的一个因素2）扰动（Bering等人,1980b;Holzworth等人,1986;Pinto等人,1988;Hu等人,1989）。人们通常认为，在准静态条件下，60公里左右高度的大气层导电性变得足够好，所以可以将其看成一个等电位区。约60公里以上高度，由于自由电子的存在，电导率急剧增加（Roble和Tzur,1986;Reid,1986）。由于在60公里左右高度的区域，自由电子是大气层导电性的主要贡献者，所以有时也称次大气层为电子层（例如，查默斯1967）或“均衡”层（多尔柴克1972）。在100公里的高度的电导率大约是12plusmn;2的数量级（取决于一天的当地时间），大于地球表面电导率，即，无论是在陆地上还是海洋上，在100公里高度处的电导率与地球的电导率相近（里克罗夫特1994）。

图 1.3 电导率与时间的关系

表1.2与各种雷电过程相关的微秒规模的电场脉冲的特性。改编自拉科夫等人，1996。