区域海拔高度对云地雷闪闪击距离影响的数值研究 苟学强，张义军 （中国科学院寒区旱区环境与工程研究所，甘肃 兰州 730000） Numerical Study on Effect of the Region’s altitude above the Sea Level to the Striking distance of the C-G Lightning Discharge Gou Xue-qiang, Zhang Yi-jun（Cold and Arid Regions Environmental and Engineering Research Institute,
Chinese Academy of Sciences, Lanzhou 730000, China）
Abstract: Based on the basic mechanism of the leader initiation and propagation in long air gaps discharge, a model of the lightning channel development was proposed and the effect of the altitude above the sea level（asl）of region to the striking distance in cloud-to-ground lightning discharge was numerically investigated, the result shows that the striking distance increases significantly with altitude of the region—increasing about 230m(150 percent)with 0 to 3km altitude variation, the main reason for which is due to the enhancement of the electrical field of the ground, and the lower pressure which reduces the critical electrical field.
Key words: High-voltage technology; altitude above the sea level; cloud-to-ground lightning; the striking distance
摘 要：主要基于实验室放电通道传输的基本机制，建立了一个闪电通道发展的数值模式，对区域的海拔高度对云地雷闪闪击距离的影响进行了模拟研究，结果表明，随着地面海拔高度的升高，由于地面电场的增强以及连接先导始发门限的降低，闪击距离将显著增大¾¾在海拔高度由0增加到3km时，闪击距离增大约230m，增幅约150%。
关键词：高电压技术；区域海拔高度；云地雷闪；闪击距离
1 引言
在雷暴云对地放电过程中，当下行先导传播至距地面某一高度时，在地面或地面突出物上，将产生向上的连接先导，二者相接时，引发大电流、强辐射的主回击放电，此时被击物体和下行先导之间的距离，被称为闪击距离；闪击距离是直接跟雷害机理及防护有关的最重要的雷电参量[1]。区域海拔高度及相应的气压对雷电的影响，意味着闪击距离可能的地域特征。目前，虽有一些对云地雷闪区域特征的观测研究[2-3]，却还未见区域海拔高度对闪电放电特征影响讨论的文献。本文根据实验室基本放电机制及闪电双向先导模式，建立了一个闪电放电通道发展的模式，对区域的海拔高度对云地雷闪闪击距离的影响进行模拟研究。2 云地雷闪先导通道发展模式
2.1 雷暴云电荷结构模型
雷暴云电荷一般被认为具有典型的三极性结构（即上正下负的主偶极及其下少量正电荷的补充），另外，观测证实，云中主负电荷区总位于-10℃左右等温线附近，而放电也一般起始于此主负电荷区并向上或向下发展，后一方面对本文的讨论十分重要。
根据长间隙放电通道形成和发展的先导-流注机制[5]，结合闪电先导的双向性，并忽略分叉及弯曲等效应，闪电通道的发展可近似为在竖直方向以各自的速度双向传播的正负先导-流注系统。图2为闪电通道发展模式示意图，通道的传播决定于对称轴上云电荷的背景电势廓线U0(X)，设正负流注及先导通道内电场随海拔高度Z变化，并具有同一变化关系[7]，即 E(Z)=E0EXP(-Z/8.4)，其中Z以KM为单位， E0为海平面处电场值，对正负流注通道及先导通道的 E0:EPS0、ENS0及EC0分别取5.0×105V/M，7.5×105V/M和5.0×103V/M，设 H2、 H1、H0为通道上、下端及中间电荷为0处的海拔高度，由 H2、 H1、H0 先导及流注通道电场可以得到通道电势 U(X)，在 U(X)廓线先导通道两端分别作斜率为EPS(H2)、ENS(H1) 的直线分别与 U0(X)廓线相交，则通道端点与相应交点间的水平距离即为正负流注长度（图中 EPS(H2)、ENS(H1) 由EPS0、ENS0 代替）。2.3 先导过程有关参数的计算