易门县方屯中学:什么是特征电流（charactoristic current）

雷电流是雷电及其防护研究中最重要参数之一，因而几乎所有人工引雷试验中，雷电流的测量必不可少。雷电流的测量方法主要有两种，一种是利用无感抗电阻也叫同轴分流器作探头；另一种是用Rogowski线圈作探头。为使雷电流记录装置与这些探头绝缘从而不受雷电高电压的影响，一般在雷电流记录装置与探头之间连接上光纤系统作传输信号用。近20多年来，有关人工引雷电流的测量结果非常之多（Fieux等，1978；Horii，1982；Hubert等人；1984；Fisher等人，1993；Liu和Zhang，1998；Wang等人，1999b），现在对它的特征已有较全面的认识。为方便起见，以下我们将人工引雷电流分成初始阶段电流及回击电流两部分分别进行介绍。

人工引雷的初始阶段电流

图6-2是一例有代表性的负极性经典人工引雷的电流波形（Wang等，1999b）。可以看到在其初始阶段（Initial Stage，IS）存在一持续时间为400 ms、强度为100 A左右的连续电流。为了区分这一电流与回击之间的连续电流，有人称这一连续电流为初始连续电流（Imitial Continuos Current，ICC）。其实严格来讲，人工引雷初始阶段电流实际上由上行先导的电流及初始连续电流两部分构成。从电流波形上看不到它们之间差别，即找不到它们之间的转换点。根据云中负电荷的高度及上行正先导的速度可以推测初始阶段电流的最初40 ms左右时间对应于上行先导，其余部分对应于ICC。初始阶段电流结束之后，有几十毫秒的电流间歇期，之后是三个回击电流脉冲。该图中的回击电流处于饱和状态（大于2 kA）。有些人工引雷的初始阶段电流之后没有回击。

Wang等人（1999b）对37例人工引雷初始阶段电流进行了统计，图6-3是他们得到的结果。图中斜线部分代表伴随着回击的结果，而没有斜线部分代表不伴随回击的结果。可以看到，对于不同的人工引雷，初始阶段电流的持续时间、大小及所中和电荷量都有很大的差别。平均地讲，初始阶段电流的持续时间为279 ms，大小为96 A，所中和电荷量为27 C。
从图中6-2中可以看到初始阶段电流开始不久，出现一初始电流变化脉冲（Initial Current Variation，ICV）。图6-4是这一脉冲电流的放大图。它对应于导线熔断过程。导线中的电流达到某一阶段（图6-4中的A点），因为导线熔断，电流突然变成零或很小（同图B点）。电流通道中断后，通道中的电荷因感应作用会重新分布，致使在通道中断处先是出现先导，然后是类似于回击之类的脉冲放电（同图C）。该脉冲电流的大小一般为1 kA左右，上升时间为几十微秒。

从图6-2中也可以看到在初始阶段电流中存在一些Icc脉冲电流。图6-5是其中两个Icc脉冲电流的放大图。Wang等人（1999b）对这些脉冲电流也进行了统计，他们的结果表明：Icc脉冲电流的大小一般为100 A左右，但有时也达几千安；Icc脉冲电流的上升时间一般为500μs左右，但有时间也可短到仅为几微秒；Icc脉冲电流所中和的电荷量一般为150 mC左右，但有时也可大到2C。根据以上这些结果，Wang等人推测Icc脉冲就是闪电中的M分量。
图6-6是一例正极人工引雷的电流波形（Horill和Nagano，1995），其中，（b）是（a）的时间展开图。可以看到在电流波形的开始处存在着很多振荡性的脉冲。开始时这些脉冲电流只有100 A左右，脉冲上升时间大约为几微秒。这些脉冲渐渐变大，最后达到几千安甚至几十千安。这时脉冲的上升时间可变到10μs左右，脉冲之间的间隔一般为几十微秒（Nakano等，1999）。其后连续电流的大小可达20 kA，持续时间一般为几十毫秒，因而中和电荷量有时可达几百库仑。不过要反映出的一点是，这些结果都是在日本冬季雷暴试验中所得到的，它们可能存在一定的特殊性。在我国西北高原地区，测到的为数不多的正极性人工引雷电流结果表明：在电流的开始阶段同样存在很多振荡性的脉冲，但脉冲幅值只有几百安培，其后的连续电流也只有100 A左右（Liu等，1999）。这些振荡性的脉冲可能起因于负先导本身的特性。

人工引雷的回击电流

图6-7是一例典型的负极性人工引雷中观测到的回击电流波形，其电流峰值为16 kA（10~90）%上升时间为0.36 μs，半峰值时间宽度为40 μs（Fisher等，1993）。人工引雷试验表明，尽管闪电的波形类似，但上述这些具体参数可以相差很大。Fisher等人（1993）分别对他们在Florida及Alabama测到的电流进行了详细的统计，这里主

要以他们的结果为例进行介绍。图6-8分别是电流峰值、（10~90）%上升时间及半峰值时间宽度的统计结果。斜线代表在Florida的结果，没有斜线部分代表在Alabama的结果。从该图可以看到回击电流的峰值小至1 kA，大到60 kA，其几何平均值（以下角GM表示）为12 kA。（10~90）%上升时间的最小值为0.1 μs，最大值为4 μs，其几何平均值为0.37 μs。半峰值宽度一般在几微秒到几十微秒之间，其几何平均值为18 μs。他们还发现峰值电流与（10~90）%上升时间不存在任何相关。图6-9分别是一次回击所中和的电荷量，回击总作用积分及回击总持续时间的统计结果。一次回击所中和电荷量的最小值为0.2 C，最大值为64 C，其几何平均值为2.1 C。一次回击的作用积分的最小值为0.12 A2s，最大6.4×103 A2s，其几何平均值为3.5×103 A2s。同样持续时间的分布范围也较广，其几何平均值为12 ms。在这里要指出的一点是在这些统计中，对于那些后面伴随着连续电流过程的回击，由于不可能将回击与连续电流分开，连续电流也被算在这些回击之中，因而导致有的回击持续时间很长，中和电荷量也很大。图6-10分别是关于回击之间的时间间隔及回击之间电流被中断期间的统计结果。回击与回击之间一般间隔几十毫秒，其中电流中断时间也可达几十毫秒。

有关人工引雷回击的电流变化率的测量结果也很多（Leteinturier等，1990；1991；Depase，1994）。图6-11是一例这样的结果。可以看到人工引雷回击电流变化率波形上升很快，下降也很快。半峰值宽度一般只有0.2 μs左右。Depase（1994）对人工引雷回击电流变化率峰值进行了统计，结果表明：该峰值最小只有5 kA/μs，而最大可达411 kA/μs；在法国，其平均值为91.4 kA/μs，而在Florida，其平均值只有36.8 kA/μs。电流变化率峰值与电流峰值一般呈正比例关系。图6-12是一例这样的结果。图中1985，1987，1988的数据是在Florida获得的，而1986的数据是在法国取得的。对1985，1987及1988 Florida的数据，电流变化率峰值与电流峰值的相关系数分别为0.87，0.80及0.70，而对1986法国的数据，该相关系数为0.78。该图同时也给出了电流变化率峰值与电流峰值之间的线性拟合曲线及对应的方程式。