第33卷，第12期 2013年12月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
光谱法研究闪电通道的导电特性
王雪娟，袁萍1*，岑建勇，王杰”，张廷龙”
Vol. 33,No. 12 -pp3192-3196
December : 2013
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 0事光性国中地控国，
3.中国科学院寒区旱区环境与工程研究所，甘肃兰州730000
摘要依据无狭缝光栅摄谱仪在青海获得的云对地闪电回击光谱信息，结合空气等离子体传输理论，用四种不同方法计算广司一闪电放电通道的电导率。结果表明：各种方法所得闪电核心通道的电导率数量级均为10*S·m-；且同一通道内的电导率随通道高度的增加有减小的趋势；通道内电子与一次、二次电离离子的碰撞以及它们各自的碰撞对通道电导率的贡献不可忽略；用碰撞积分的方法计算闪电核心通道的电导率结果更为合理。在通道电导率的基础上估算了回击通道的放电电流，与辐射峰值电场实验资料所得的相应峰值电流相比，其结果在合理的范围内，并进一步探讨了温度与电流放电特性的相关性，为研究闪电放电电流提供了一条可行的途径。
关键词闪电放电通道；电导率；放电电流；峰值电流；作用积分
中图分类号：P427.3
文献标识码：A
引言
DOI: 10. 3964/j. issn. 1000-0593 (2013)12-3192-05
狭缝光栅摄谱仪在青海获得的闪电回击过程的光谱，基于空气等离子体的传输理论，计算了闪电放电通道的电导率，进而得到回击通道的电流。为研究闪电放电电流提供了一条可
闪电产生的大电流及强电磁辐射是导致森林火灾、电力和通讯系统中断等的主要根源。强回击电流使得放电通道的温度高达数万度，并使其高度电离，形成典型的等离子体通道。关于闪电放电电流的研究，早期通过高低塔试验进行测量：目前，人工触发闪电是获得电流观测资料的主要途径；理论方面，人们通过建立各种模型进行估算2-3」。电导率是反映闪电放电通道导电特性的基本参数，对研究通道电流、能量分布和传输及探讨放电过程的物理机制都有重要意义。Borovskyl+J认为当温度高于10000K时，空气的电导率与空气密度和自由电子的密度基本无关，只与温度有关，计算了闪电等离子体温度在10000～20000K时的电导率； Rai依据回击通道的电流和传输的能量，运用全电离气体理论计算了电导率和电子密度；Uman通过精确求解Bo-ltzmann方程计算了闪电通道接近峰值温度时的电导率； Chang"J等结合高温空气等离子体的输运理论，计算了闪电通道的电导率，
闪电过程的光谱辐射与放电特性密切相关，自前依据光谱信息研究闪电通道导电特性的工作非常少。本工作依据无收稿日期：2013-03-13，修订日期：2013-05-25
行的途径，也为闪电放电过程物理机制的研究提供了参考数据。
理论方法 1
1.1通道温度
在LTE(局部热力学平衡)模型下，依据闪电回击光谱，利用多谱线法计算通道温度[9
Inl gA)= hT
E+c
(1)
其中，入为波长，T为温度，c为常数，I为谱线相对强度，E 为上激发能，为玻尔慈曼常数，4为跃迁几率，g为统计权重。
1.2通道的电子密度
在LTE近似下，闪电放电等离子体的速度遵循Maxwell 分布，各带电粒子和原子之间满足Saha分布。电子密度用 Saha方程计算[9]
7#/2 105 040(V+6;, /7
n=4.83×1015
基金项目：国家自然科学基金项目（11365019，40905001），2005DP173065-2013-01资助
e
PA
(2)
e-mail ; wangxuejuan6@ 163, com
作者简介：王雪娟，女，1988年生，西北师范大学原子与分子专业硕士研究生
e-mail : yuanp mwmu, edu. cn
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