雷电学原理考试第八章

第八章
一、填空题
1.闪电引起的地面垂直大气电场变化的静电场分量，正比于闪电电矩，反比于闪电距离的立方。
2.闪电引起的地面三个分随闪电距离的变化而异。当离闪电距离较近时，静电场分量是主要的;当高闪电距离较远时，感应分量和辐射分量的作用相对加强;当离闪电距离更远时，辐射分量起主要作用。
3.对于云中电荷分布为云上部正电荷、云下部负电荷的情况下，云闪闪电电矩随时间的变化M_c(t)表示为M_c(t)=-2Q_c(t)H。
4.闪电所引起的地面磁场强度的变化，称为地面大气磁场变化。
5.通常，梯式先导或先导的某范围可以近似看作荷负电荷的先导自对称球形负荷电体向下运动。
6.观测表明在离梯式先导近处，电场的改变是负值，而在离先导较远处，电场的改变是正值。
7.对于地闪引起地面垂直大气静电场的变化，离地闪的水平距离为D，荷电中心高度为H。对于 H/D=1.27，模式先导接触地面时，H_B=0，电场的改变为0;对于H/D较大时，电场的改变为负;而对于H/D较小时，电场的改变为正。
8.如果把地球看成是一个理想的导体，则地球上空的电磁场的确定可以采用电偶极子虚拟电荷的方法。
9.闪电过程中的主要物理和化学过程都是在闪电通道内进行的。
10.电场的 E_z分量为由于电流随时间变化引起的感应分量和由电荷产生的静电分量两部分组威。
11.在回击通道内电场的辐射分量 Er是很弱的，但是在通道的外部是很强的。
12.玻印亭矢量是描述电磁场能量输送的一个量。
13.由箭式先导沿通道向下的能量密度用于诱发回击。
14.在回击波峰的前方或后方的玻印亭矢量为零，这就意味着在回击波峰的长距离没有能量输送。
15.在运动着的箭式通道波峰后，闪电通道荷具有线性分布负电荷密度。
16.对于温度达10000K，空气的电导率与空气的密度和自由电子的密度接近无关。
17.由于加热传导和通道空气与周围空气相混合，实际的箭式先导前闪电通道半径较压强平衡理论求得的大。
18.由第一声雷到达的时间确定闪电距离的方法称为雷距离法。
19.Lin模式中可以将电晕电流想象为沿通道分布的若干电流源。
20.在回击波顶部的向上传播的爆发性脉冲电流具有回击波的速度。
21闪电产生的天电的主要能量集中于频率范围为 5～10kHz的波段，
22.以频率低于30MHz的天电较强，为无线电波的主要干扰源。
23.如果在离闪电距离为处接收的天电为，闪电信号 在传播过程中受大气的作用发生畸变为，则费率为 的天电频谱分量写为。
24.300kHz~30MHz的天电的传播取决于电离层的反射。
25.<300kHz的天电信号在地和较低部位的电离层之间所构成的准波导通道中传播。
26.对于远场情况下的电场变化，频率1~1000Hz时，信号取决于方程的第一项，以静电场为主。而当频率为1~100kHz的频段中，以电、磁远场分量为主。
27.云闪闪电的噪声结构与地闪不同之处是没有回击脉冲，这时在甚低频至低频频段中，信号主要由 K流光引起的。
28.如果窄带天电接收机中心调谐频率为，带宽为 B，则进入接收机的天电成为以 的振荡波形。
29.闪电的辐射场分量的闪电距离下限，与天电频率间的关系为。
30.随放电电流由大变小而最后其磁场压力无法束缚住等离子柱体时，闪电通道即迅速向外扩展，若其扩展速度超过声速时，则可产生一个冲击波，它在大气中传播同时减弱为退化为一个声波，形成雷声。
 
二、单选题
1.闪电引起的地面垂直大气电场变化的感应分量正比于对闪电电矩的（C），反比于闪电距离平方。
A.平方
B.立方
C.一次微商
D.二次微商
2.闪电所引起的地面垂直大气电场变化的辐射分量，正比于闪电电矩对时间的（D），反比于闪电距离的一次方。
A.平方
B.立方
C.一次微商
D.二次微商
3.地闪闪电电矩随时间的变化 M_g(t)表示为(B)
A.Mg(t)=2Qg(t)H2
B.Mg(t)=2Qg(t)H
C.Mg(t)=4Qg(t)H2
D.Mg(t)=4Qg(t)H
4.若将雷暴云中的电荷分布看成一总的电偶极矩，即把每单个电荷或电荷群与其镜像造成的偶极矩加起来得到一总的电偶极矩:(A)
A.
B.
C.
D.
5.与箭式先导相反的是通道荷电区域位于回击波峰的(D)
A.周围
B.底部
C.侧面
D.头部
6.箭式先导前的通道温度范围为(B)。
A.1000K～3000K
B.3000K～6000K
C.6000K～9000K
D.2000K～5000K
7.在Bruce 和Golde模式中，假定在回击波顶端高度以下电流是(C)。
A.线性增加
B.线性减少
C.均匀
D.指数增加
8.由Lin模式对 101个随后回击例子的峰值电流、均匀电流、脉冲电流的电荷输送、电晕电流输送的电荷等电流特性进行估算：随后闪击电流的平均值为(D)
A.3.2kA
B.3kA
C.2.5kA
D.2.3kA
9.Lin模式中，进入通道的电晕电流的大小随高度(D)。
A.线性上升
B.线性下降
C.指数上升
D.指数下降
10.就闪电信号而言，每次闪电的分立脉冲数随频率升高而增多，在（C）附近脉冲数最多然后又减小。
A.30kHz
B.300kHz
C.30MHz
D.300MHz
11.>30Hz的天电信号穿透电离层以（C）方式传播。
A.准波导
B.波导
C.准视线
D.视线
12.对于远场情况下的电场变化，当频率为1~100kHz的频段中，强分立脉冲是回击产生的，幅度小一个数量级的孤立信号是(D)产生的。
A.回击
B.闪击
C.J过程式
D.K过程式
13.频率为1～100MHz 时，大多数信号由(B)组成。
A.强分立脉冲
B.脉冲序列
C.孤立信号
D.辐射脉冲
14.对于频率为100kHz左右的天电，在这一频率处，地闪产生的大气电场变化峰值(B)云闪产生的大气电场变化。
A.等于
B.略大于
C.略小于
D.远小于
15.地闪产生的天电主要集中于(A)波段。
A.甚低频
B.低频
C.中频
D.高频
16.闪电的主通道是一个温度高达(C)的高温等离子区，
A.102～103K
B.103～104K
C.104～105K
D.105～106K
17.有关对闪电冲击波形成的直接观测较为困难，大多采用与地闪相近似的(B)研究闪电冲击波的形成。
A.人工触发雷
B.长火花放电
C.短火花放电
D.短间隙放电
18.雷是伴随闪电的声音，广义地讲，雷与雷暴周围大气的所有流体力学性质有关。雷的一个重要特点是(B)。
A.它伴有难以听到频率的超声
B.它伴有难以听到频率的次声
C.它的声音很响
D.它持续时间很长
19.用看到闪电与听到第一次雷声之间的时间间隔可以估计(D)
A.闪电功率
B.闪击位置
C.闪击频率
D.闪击距离
20.（B)能减小雷的可闻度。
A.大气层流
B.大气湍流
C.大气温度
D.大气湿度
21.每次地闪一般有(B)霹雳声，
A.1或2次
B.2或3次
C.3或4次
D.4或5次
22.Bruce和 Golde（1941）提出了地闪回击电流的(C)。
A.幂指数表达式
B.单指数表达式
C.双指数表达式
D.线性表达式
23.从闪电通道的光学讯号和雷到达的时间间隔可以为离通道最近点的距离除以声速确定，这时间大约是(A)。
A.3s/km
B.3.5s/km
C.4.5s/km
D.5s/km
24.当地闪和雷雨云发生时，大气中的(A)明显增加。
A.NOx
B.COx
C.Nx
D.Ox
25.利用闪电的(A)可进行闪电的光谱观测，从而获得闪电的结构。
A.可见光辐射
B.不可见光辐射
C.电磁辐射
D.热辐射
26.中性氮原子闪电电光谱在可见光和近红外，光辐射产生于能级为(C)的高能级和基态之间能级跃迁。
A.8～10eV
B.10～12eV
C.11～13eV
D.13～15eV
27.无缝闪电光谱仪主要用于观测(B)的闪电光谱。
A.云闪
B.地闪
C.中性氮原子
D.电离
28.中性氮原子闪电电光谱在可见光和近红外，较强的谱线有(D)等。
A.3437NⅠ(13)
B.3330NI(1)
C.3727NⅠ(3)
D.8629NI(8)
29.闪电光谱中罗马字Ⅱ表示(A)。
A.单电离原子
B.未电离原子
C.双电离原子
D.多电离原子
30.Schmidt采用的第二个观测雷的装置是由垂直短烟道中燃烧的松脂灯的烟羽所构成，烟道与收集声音的留声机喇叭相连接。熏烟能够在移动的纸带上沉降留下痕迹，因而能给出压强变化的持续记录，该装置能记下(B)范围内的变化。
A.0～100Hz
B.15～200Hz
C.25～150Hz
D.35～100Hz
 
三、多选题
1.描述闪电通道特性的参数有：(ABCD)
A.通道的半径
B.速度
C.电流
D.电荷
2.因此箭式先导波峰需求的能量来自(AD)
A.静电能
B.静磁能
C.电流
D.加热的通道
3.由于回击贮存在闪电通道内的能量是如此迅速，以致在通道径向扩展发生加热、分解和电离，因此贮存的能量分为(BCD)
A.通道扩散热能
B.分子离解的能量
C.通道初始热能
D.原子电离的能量
4.闪电电流模式有哪几种：(ABD)
A.Bruce和Golde模式
B.线传输模式
C.双指数模式
D.Lin模式
5.由Lin模式对 101个随后回击例子的峰值电流、均匀电流、脉冲电流的电荷输送、电晕电流输送的电荷等电流特性进行估算的回击峰值电流可能为多少(AB)
A.23kA
B.25kA
C.10kA
D.35kA
6.Lin模式中电晕电流分量是事先贮存于先导通道内的电荷径向(AC)移动引起的。
A.向内
B.向外
C.向下
D.向上
7.对于无线电接收来说，其噪声来源可以分为(ABCD)。
A.天电噪声
B.银河噪声
C.人为噪声
D.宇宙噪声
8.闪电产生的天电的主要能量的频率可能为(AB)。
A.5kHz
B.8kHz
C.5MHz
D.8MHz
9.天电的频谱特性决定于闪电的(BC)。
A.形状
B.类型
C.结构
D.次数
10.天电的频谱分布可采用(ABCD)等参数表达。
A.平均辐射功率
B.平均辐射能量
C.天电的峰值幅度
D.天电的峰值辐射功率
11.一般地说，频率范围为1～10kHz 的天电，主要是(BCD)产生的大气电场变化。
A.地闪J过程
B.地闪回击
C.地闪K 过程
D.云闪K过程
12.雷可分为(AB）。
A.可闻雷
B.次声
C.高地雷
D.超声
13.雷的主要特征取决于(AC)。
A.雷的形成过程
B.雷的形成高度
C.雷的传播过程
D.雷的传播距离
14.对于雷的研究可以得出以下结果(ABC)。
A.云地闪通常产生最响的雷
B.在超过28.8km左右的距离外偶尔才能听到雷
C.紧接着强烈雷鸣之后，常有倾盆大雨
D.当隆隆声持续时，雷的声音变得很明亮
15.通过(CD)测站可以同时确定雷的距离，就可确定声源的位置。
A.一个
B.两个
C.三个
D.五个
16.雷作为--种声波，它在大气中的传播速度取决于(BD)。
A.湿度
B.风速
C.高度
D.温度
17.由闪电产生的 NOx是随(CD)而变化。
A.风速
B.经度
C.高度
D.纬度
18.雷电过程产生强大的闪电电流，可以形成（AC）。光谱范围从紫外到红外，利用闪电的可见光辐射可进行闪电的光谱观测，从而获得闪电的结构。
A.光辐射
B.热辐射
C.电磁辐射
D.声辐射
19.在闪电光谱中，最重要的谱线为 (ABCD)等原子光谱线。
A.NⅠ
B.NⅡ
C.OⅠ
D.OⅡ
20.单电离氮原子主要辐射(BC)。
A.红外光
B.紫外光
C.可见光
D.近红外
21.中性氧原子主要辐射(AC)。
A.红外光
B.紫外光
C.可见光
D.近红外
22.窄缝光谱仪由(ABC)等组成。
A.衍射光栅
B.准直镜
C.入口窄缝
D.散光镜
23.下列关于利用窄缝光谱仪获取的闪电光谱说法正确的是(ABCD)
A.利用窄缝光谱仪获取的闪电光谱是雷暴期各类闪电的平均结果
B.在累积曝光期间各个闪电之间的物理差异都被掩盖
C.不能研究一次闪电的光谱特征
D.无法区别任何关于闪电之间或闪电发光性质之间的物理差异
24.下列关于无缝闪电光谱计的主要特征描述正确的有(ABC)
A.有效狭缝的宽度就是发光光源的宽度，从而能对近处闪电及远处闪电确定光谱计的分辨率
B.可以研究闪电通道的特性随高度的变化
C.对闪电的记录成像，一次曝光就够了
D.可以研究闪电通道的特性随宽度的变化
25.光电探测器是利用(ACD)观测闪电的一种仪器。
A.卫星
B.飞船
C.飞机
D.地面
26.单电离氧原子主要辐射紫外光和可见光，较强的谱线有(BCD)等谱线。
A.7774OⅡ(1)
B.3749OⅡ(3)
C.3727OⅡ(3)
D.4075OⅡ(10)
27.到20世纪的60年代，Bhartendu（1964、1968、1969）采用的压强感应装置是∶(ABD)
A.放置于亥姆霍兹共鸣箱连管中的热线传声器
B.用作传声器的直径约 30cm 的扬声器，并与圆柱准直管的一端相连接
C.采用三个一般的 Globe传声器构成列阵
D.宽带晶体传声器。
28.雷是闪电冲击波衰减为声波的结果，观测表明听到雷声的距离可以达到(AC)。
A.20km
B.40km
C.25km
D.15km
29.由Lin模式对 101个随后回击例子的峰值电流、均匀电流、脉冲电流的电荷输送、电晕电流输送的电荷等电流特性进行估算的随后闪击瞬时脉冲电流输送的电荷量可能为:(AB)
A.0.093C
B.0.1C
C.0.15C
D.0.03C
30.由于闪电在箭式通道时间不发光，因此闪电通道的温度难以测量，回击间隔时间可能为为(ABCD)
A.50ms
B.80ms
C.100ms
D.30ms
 
四、简答题
1.简述Borovsky（1995）假定
Borovsky（1995）假定∶（1）闪电通道是直的;（2）闪电通道是柱体;（3）闪电通道是均匀的的电磁场。
同时还假定闪电产生的电磁波是;（1）电磁波的传播是一调谐函数
（2）通道内没有预先的光子加热;（3）通道内由波的加热忽略，提出了估算通道的半径、速度、温度、电流、电荷的理论。

 
8.试述闪电电流的Lin模式的电流分量
Lin模式有三种电流分量：
（1）在回击波顶部的向上传播的爆发性脉冲电流∶具有回击波的速度，但速度不能模式确定，假定为一常数10⁸m/s。
（2）均匀电流∶为确定均匀电流，当为静电场时闪电直线步跃区，为决定电流 ，当电场是静电场，在近闪电发生区测量电场变化，则由下式就可计算出，即

式中D是闪电与观测站之间的距离，H是随后闪击通道的高度。
 
（3）电晕电流:它是事先贮存于先导通道内的电荷径向向内和向下移动引起的。可以将电晕电流想象为沿通道分布的若干电流源。每当回击峰值脉冲电流达到源高度时，每个源转向。在每个高度上，进入通道的电晕电流是相等的，但其大小随高度指数下降。假定电晕电流以光速进入通道和地面。
 
9.简述什么是天电及其来源
所谓天电是闪电或其它放电所产生的瞬变电磁场，天电也表示任何大于本地背景噪声的外来瞬变电磁场信号。这种瞬变电磁场信号可以由闪电产生，也可由诸如雪暴、尘暴和电晕放电等引起。瞬变电磁场也可由汽车，电机和核爆炸等人为造成。因此对于无线电接收来说，其噪声来源可以分为天电噪声、人为噪声和宇宙（银河）噪声。闪电产生的天电的主要能量集中于频率范围为 5～10kHz的甚低频波段，而天电的整个频率范围可以从极低频到超高频波段，几乎覆盖了整个无线电波段。其中尤以频率低于30MHz的天电较强，为无线电波的主要干扰源。
 
10.雷电引起的噪声通常频率分为几个频段，各个频段的天电特性如何？
分为三段天电特性

	闪电源信号	传播
<300kHz（低频）	孤立的瞬变信号，其数量随频率的升高而增多	在地和较低部位的电离层之间所构成的准波导通道中传播
300kHz~30MHz （中频及高频）	存在大量脉冲	取决于电离层的反射高频
>30MHz （甚高频及以上频率）	开始时出现大量脉冲，然后随着频率升高而急剧减少	信号穿透电离层以准视线方式传播