第九章 一、填空題（30 ） 1. 通過博伊斯相機的成像圖片，可以推斷出閃電的 方向 和 速度 特點。 2.博伊斯相機的時間分辨率可以達到 微秒 量級。 3. 高速掃描照相機是用來觀測回擊閃電的 徑向 變化。 4. 大氣電場 是大氣電學的一個最基本的參數。 5. 早期的電場儀在地面測量，其輸出的是 交流信號 ，信號的大小 正比 于場強，將這些信號顯示或記錄，或經整流給出直流輸出。
第九章
一、填空題（30）
1. 通過博伊斯相機的成像圖片，可以推斷出閃電的
方向 和
速度 特點。
2.博伊斯相機的時間分辨率可以達到
微秒 量級。
3. 高速掃描照相機是用來觀測回擊閃電的
徑向 變化。
4.
大氣電場是大氣電學的一個最基本的參數。
5. 早期的電場儀在地面測量，其輸出的是
交流信號，信號的大小
正比于場強，將這些信號顯示或記錄，或經整流給出直流輸出。
6. 地面大氣靜電場強度可以利用
測量天線與
大地之間的電壓來確定。
7. 根據與天線相連的測量電路的RC取值，把對大氣電場的測量分為
靜電場計和
靜電場變化計。
8. 對回擊電場，時間常數RC應是
毫秒量級，對整個閃電時，
RC應是秒量級。
9.閃電引起的
強電流是重要的閃電參量。
10.閃電電流的
幅值和閃電電流的
波形，對于雷電的防護和防雷工程的設計是必須要考慮的一個重要參量。
11由雷電峰值電流分析發現，對地或對低建筑物的閃擊，幾乎都是
由向下先導引發的，而若建筑物高達100m 或以上時，則
向上先導引發的閃擊比例增大。
12. 在磁鋼棒中因閃電電流感應的磁通量密度可用
磁強度計測量。
13. 對通過波陣面電流不連續積分的結果，稱之"激勵"場，激勵"場僅當波陣面處電流為
非零時才不等于零。?
14 最簡單測磁場的感應器是一開口的環形導線。開口的環形圈感應的電壓等于
環形面積乘以垂直于環形導線圈的磁通量的時間導數。
15. 為較好區分云閃和地閃，通常采用
靈敏度不同的計數器同時測量，或在不同距離上安放同樣的計數器。?
16.閃電密度由閃電計數器獲取，一般閃電計數器設計成帶寬
1~50kHz、靈敏度為
3V/m，只需用一根垂直天線，經距離校正后就能測量給定地區單位面積上的閃電活動和研究閃電天電的頻率譜分布。
17. Anderson設計一種峰值頻率
10kHz，帶寬為
2.5～4.0kHz，同時降低靈敏度，以
20V/m為閾值電平，3m高的垂直天線，由于它的有效距離較小，能較準確觀測云閃和地閃對它的響應。
18. 定向閃電計數器接收來自各方向的閃電信號，通過計數器進行計數，根據
閃電頻數的變化判斷云的性質。
19 定向閃電計數器是將兩只相同的環形天線
互相垂直地放置，則當閃電信號以
45°方向射至兩環形天線，它們所感應的電動勢應當相等。
20經過定向閃電計數器的信號要分別經兩路放大器放大，得到
振幅相等、相位相同的兩閃電信號。
21閃電計數器接收到的信號為
225°角度方向的信號與兩路信號位相相反時，計數器就不能工作。
22單個測量站只能確定閃電的
方向，不能確定閃電的
具體位置。
23 對于某個
閃電電場或
磁場振幅表達式中包含有作為未知參數的該閃電的位置與感應器之間的距離信息，則通過至少等于未知參數的若干數量的感應器的測量，就可確定包含距離參數在內的這些未知量。
24 電磁場振幅方法需要考慮
靜電場變化和
電磁輻射場的峰值兩方面。
25 點偶極模式比偶極模式提供較少的信息，并且結果常用圖形上的箭頭表示，它的方向為
正電荷移動的方向。
26 理論表明，在一個平坦的地面上的輻射場隨離閃電通道的徑向距離而相反地
減小。
27 通過同時在一個 ZY顯示器上顯示東西和南北方向的輸出獲得方位角，這樣在屏幕上的合成線具有指示電荷放電方向的趨向，這一線稱為
方向矢量。
28 窄帶 DFs 的主要缺點是只能確定
200km 范圍內的閃電，而且有大約
10°的固有極化誤差。
29 在"與門"寬帶 DFs中的
隨機誤差是由于最初噪聲疊加于天線的輸出和儀器對訊號的處理不好和兩種訊號的數字化。
30 當兩個磁定向器測量的閃擊出現于兩定向器的基線（連接線）上，這時會產生的相對大的誤差，這種誤差稱之
基線誤差。
二、單選題 （30）
1. 博伊斯設計的是一種（B）相機來觀測雷電。
A. 立體式 B 旋轉式 C 掃描式 D 放大式
2. 假定電場分布均勻，天線離地面距離為h，在天線沒有負載情況下天線附近的電場為E，而大地和天線之間的電位差是（A）。
A V=Eh B V=2Eh C V=E/h D V=0.5Eh
3. 大氣靜電場的平板天線測量方法中，電容C的作用是（ B ）。
A 并聯電容
B控制測量電壓大小 C 獲得時間常數 D與
串聯
4.對于靜電場計，取時間常數 RC=4s，頻率響應從直流到( D )以上。
A 5 kHz B 10kHz C 15kHz D 20kHz
5.對于靜電場變化計，取時間常數 RC=70μs，頻率上限超過（ A ），可以得到10μs的時間分辨率。
A 1MHz B 2MHz C 3MHz D 5MHz
6.為同時測量大氣電場的三個分量，感應器做成（ B ）天線。?
A平板狀 B 球形 C 條形 D 餅狀
7. 若要測量誤差不超過5%，測量電路的時間常數至少要為電場變化的時間常數的（ C）倍。
A 50 B 30 C 100 D 120
8. 大氣電場探空儀用于研究積雨云或其它云中大氣（ A ）分布和云中電荷分布。
A電場 B 磁場 C電流 D電壓
9.閃電電流計的時間因素靠輪子的旋轉完成，最大時間分辨率為（C）。
A 20μs B 30μs C 50μs D 80μs
10磁涌浪波前沿記錄器是一個用于測量閃電電流等效上升率的儀器，記錄器有三個電路，每個電路包含有（ B ）與電感串聯，磁頭位置在三個電感附近。
A 電容 B電阻 C 電阻與電容并聯組合 D電感與電容并聯組合
11 利用磁鋼棒只能記錄多閃擊電流的幅值，對于單閃擊電流的幅值通常用（A）記錄。
A示波器 B 電壓測量儀 C磁場測量儀 D電場測量器
16 Anderson等設計一種峰值頻率為（A），帶寬為2.5~4.0kHz，同時降低靈敏度，以 20V/m為閾值電平，3m高的垂直天線。
A 10kHz B 5kHz C 15kHz D 20 kHz
17 閃電單站定位儀的緩存器容量為（ C）。
A 2kB B 4kB C 8kB D 16kB
18 定向閃電計數法將兩只相同的環形天線互相垂直地放置，則當閃電信號以（A）方向（兩天線夾角的等分線）入射至兩環形天線，它們所感應的電動勢應當相等。
A 45° B 30° C 60° D 75°
19 定向計數器在兩路單穩態電路的輸出端得到時間一致的較窄方形波，窄方形波時間為（B），記錄 10°左右的閃電方位角。
A 0.2μs B 0.4μs C 0.6μs D 0.8μs
20 為消除來自（A）角的閃電計數，閃電計數器增加了第三路放大器，其接收天線為一無方向性的垂直天線。
A 225° B 125° C 175° D 255°
21 通過極小的方法按源的位置確定的源函數是可變的，對磁輻射場也可以建立類似的方程，最少需要（C）個站。
A 1 B 2 C 3 D 4
22 窄帶 DFs用于檢測水平閃電距離，它的工作頻率一般以中心頻率范圍( A ), 在地面與電離層波導間的衰減一般是相對小的，而閃電訊號能量是相對高的。
A 5~10kHz B 6~10kHz C 5~8kHz D 5~15kHz
23 "與門"寬帶 DFs 與窄帶 DF 一樣，對位置誤差是敏感的。這些誤差是通過出現（D）引起的，其磁場是由干不平坦的地表和鄰近導體，
A 不必要的電壓 B 不必要的電場
C 不必要的電流 D不必要的磁場
24通常誤差估計用一個置信橢圓表示，在橢圓內出現閃擊的可能性為（ D ）。
A 96% B 98% C 97% D 99%
25記錄的VHF脈沖寬度范圍約為( B)，系統極限大約2μs。平均每70μs獲得一次VHF定位。
A 0.1μs B 0.2μs C 0.3μs D 0.4μs
27 由美國國家閃電檢測網（NLDN） 的106個探測數據可用最小二乘法計算最佳閃電位置，在最初的公式中，最佳方法是使一無約束的誤差函數最小，其誤差函數是角偏差的（A）。
A平方總和 B開平方根總和 C立方總和 D四次方總和
28 通過探測站報告的整個定時誤差和具有標準偏差近似為( A )確定閃擊時間的估計準確度。
A 1.0μs B 2.0μs C 3.0μs D 4.0μs
29 U-2 飛機探測光譜儀是采用一對焦距為 1/8m 的 Ebert 光譜儀，中心波長為656nm，時間分辨率為5ms，觀測的波長間隔為( C )，且可以調節至380～390nm。
A 120nm B 160nm C 320nm D 640nm
30 利用雷達探測閃電，雷達波長需大于( B )，這樣可以避免強降水掩蓋閃電回波。用
A 5cm B 10cm C 15cm D 20cm
三、多選題（30）
1.照相觀測可以測量閃電的（ABC）特性。
A. 時間 B. 速度 C.結構 D.長度
2. 高速線掃描照相機的部件有哪些（ABCD）?
A. 物鏡 B圖像輔助裝置 C圖像感應器 D 視頻放大器
3. 地面大氣靜電場強度可以利用測量天線與大地之間的電壓來確定。感應大氣電場的天線可以是（ABC）。
A平板 B金屬球 C垂直的金屬導線 D 圓板
4根據測量要求，測量電場的感應器有哪幾種類型（ABC）。
A 平板型 B球形 C鞭狀 D 條狀
5. 電子學方法進行電場強度的監視特點（ABD）。
A監視時間是電子系統中等效 RC的函數
B只能在秒量級的時間內是可行的
C根據導體在電場中產生的感應電荷原理
D不能進行較長時間的電場觀測
6旋轉式大氣靜電儀由（ABCD）部分組成。
A大氣電場感應器 B信號處理電路 C顯示系統 D 雷暴警報器
7大氣電場探空儀由（ABCD）組成。
A雙球式大氣電場感應器 B發射機
C地面的接收系統 D濕度儀
8. 大氣電場探空儀可以測量下面那些物理量（ABD）。
A大氣電場 B大氣濕度 C 大氣黏度 D大氣溫度
9. 閃電電流的（AC）參數，對于雷電的防護的設計是必須要考慮的一個重要參量。
A 幅值 B周期 C 波形 D 頻率
10由觀測得到的雷電流數據，可以推算出以下哪些量（ABC）？
A電荷 B能量 C電矩 D電壓
11 測量雷電流峰值的磁鋼棒可用（AC）組成。
A鈷鋼條 B 碳石 C粉狀磁性材料 D 石英
12用于測量磁鋼棒獲取閃電電流的儀器，主要有（ACD）。
A閃電電流計 B 電壓計
C磁涌浪波前沿記錄器 D磁涌浪積分器
13 閃電單站定位儀的信號采樣速率為（ABD）
。
A 10 B 5 C 0.5 D 1.25
14 定向閃電計數器有哪幾種（ABC）。
A正負閃電計數器 B半導體閃電計數器
C閘流管閃電計數器 D 柵極閃電計數器
15 雷暴的多站定位方法有哪些（ABCD）。
A電磁場振幅方法 B磁定向法（MDF（Magnetic Direction Finder）
C閃電訊號到達時間（TOA）定位法 D磁定向和訊號到達時間（TOA）綜合法。
16 探測閃電方向的相交的磁定向器可以分為兩種類型（AD ）。
A 窄帶 DFs B寬帶 DFs
C "非門"寬帶DFs D "與門"寬帶DFs
17 Krider 設計了個對地閃電中最初的一次回擊起響應的"與門"寬帶 DFs。通過測量（ABCD），用已知的第一和隨后回擊的特征并比較這些特征，用以區分磁場的回擊波與云內過程的波和各種非閃電荷電源波。
A 回擊波的上升和下降時間 B 峰的結構
C 通過零相交線相反極性的大小 D最初電場訊號的變化
18 單個時間到達感應器給出閃電電磁場訊號的某部分到達感應天線的時間，對于閃電定位的時間到達系統可分為三種基本類型（ABC）。
A甚短基線系統 B短基線系統
C長基線系統 D 超長基線系統
19 閃電定位的最佳方法是同時利用(AB )。
A 磁定向（MDF）法 B 訊號到達時間（TOA）法
C 電磁場振幅方法 D 電流定位方法
20 對于三種不同類型(ABC )的 dE/dt波確定閃電訊號到達的時間。
A 上升部分的半峰值 B 峰 C 半峰值的下降部分 D 全波
21 對于地閃的定位方法多數基MDF或TOA方法，閃電定位和防護公司發展了一個將 MDF 與 TOA 相組合信息法（IMPACT），這一方法的信息來自于（ABCD）。
A MDF感應器 B TOA 探測器
C Impact 探測器 D測量閃電脈沖波到達時間和所有閃擊的方向。
22 1980年 Walfe 和 Nagler首次提出在靜止衛星上獲取(ABC )放電圖像。
A 高空間分辨率 B 高探測效率 C 晝夜探測閃電 D 高精度
23 LMS成圖探測器能連續地探測大范圍區域的（ABCD），其空間探測分辨率為 10km。
A 閃電發生的時間 B 閃電的輻射能 C 云閃 D 地閃
24 以下哪些設備可以監測雷暴（ABCD）。
A U-2飛機 B DMSP掃描儀 C LMS成圖探測器 D 雷達
25 LMS儀器由哪些部分組成（ABCD）。
A 光學系統 B 焦平面組件 C 高速A/D轉換及接口電路 D 實時信號處理系統
26 美國國家閃電監測網中NLDN探測站包含哪些部分（ABC）。
A ARSI國家網 B 59個TOA探測站 C 47個IMPACT探測站 D LMS成圖探測器
27 以下哪幾種模式（ AC ）可由測量的磁通量密度計算閃電電流。
A Bruce 和Golde 模式 B 電流積分模式 C 線傳輸模式 D 磁通增益模式
28 靜電電場強度測量有哪些方法（ ABC ）？
A 平板天線測量 B 旋轉式大氣靜電場儀
C 大氣電場探空儀 D 單站測量儀
29 磁場測量系統里面包含哪些部分（ ABCD）？
A 非導體電阻 B 低損耗電容 C 同軸屏蔽電纜連接點 D 共模抑制調節
30 雷電的計數和定位可以通過哪些儀器實現（ABC ）。
A非定向閃電計數器 B 閃電單站定位儀
C 定向閃電計數器 D 大氣探空儀
四、簡答題（10）
1. 雷電監測方法有哪些？
雷電的監測方法主要有：目測、照相、電場儀、閃電計數器、光譜儀、脈沖電壓記錄儀、衛星閃電探測器、聲探測器、雷達探測等。
2. 簡述旋轉式大氣靜電儀的組成部分及各自的作用？
1）大氣電場感應器：它由上、下兩片相互平行的，有一定間距形狀相似的4葉片連的金屬片由馬達驅動旋轉，稱為動片，并與地相連接，它既起屏蔽定片的作用，又使定片暴露于大氣電場中；
2）信號處理電路：它將交變電信號進行放大等處理為顯示系統所要求的信號；
3）顯示系統：它可以用示波器，或用打印機或記錄器等顯示大氣電場信號；
4）雷暴警報器：根據測量的電場的大小和變化，預測雷暴出現的可能，并發布近距離雷暴警報。
3.簡述測量雷電流的三種方法及其原理？
測量雷電流一般有以下三種方法∶
第一種方法;通過測量精密分流電阻上的電壓降，由此可算出閃電電流的大小。
第二種方法∶是利用感應線圈上的電壓 V=M di/dt，測出 V，再對時間積分，就能求出閃電電流，即
第三種方法∶采用數字貯存示波器自動記錄閃電電流的波形。
在測量閃電電流中，如果在電路中采用電容和電感器件，就會影響測量的時間分辨率，所以在電路中不希望有電容和電感存在。為提高測量時間精度，可采用電阻分路和示波器進行。
4.閃電單站定位儀的原理？
單站定位系統是利用閃電電磁場相位差和閃電天、地波到達時間差的原理而制作的。可以測量250km范圍內地閃的方位、距離、強度和極性。儀器的觸發控制器由模數電路構成的云地閃識別器，其功能是區別地閃和云閃。它只接收地閃信號，拒絕云閃信號及非閃電于擾。云地閃鑒別器軟件具有更強的甄別功能，以便在復雜的干擾條件下能正確無誤地只接收地閃信號。信號實時處理軟件完成地閃信號的測向、測距、強度和極性等計算。對于 140km 以內的地閃，主要根據極低頻（ELF）頻段幾個頻率的閃電電磁波相位差與距離的關系測距。對于140km 以外的地閃，根據改進了的地波和一次天波到達時間差方法測距。
5.定向閃電計數器的定向原理？
它是利用環形天線接收閃電信號，環形天線具有"8"字?形的方向圖。對于一定的大氣電場下，環形天線感應的有效電動勢的幅度，與環形天線的的圈數和面積成正比，也與人射到環形天線上的閃電信號的余弦成正比通常將環形天線感應出來的有效電動勢的振幅與其電場強度之比稱有效位勢。環形天線的有效位勢寫為：
。
式中 H是環形天線的位勢，單位∶m。n 是環形天線的圈數，S是環形天線的面積，λ是閃電波長，θ是閃電信號的人射角。當閃電光波的方向與環形天線平面相平行時，天線感應的電勢最強，而在與天線垂直方向上，感應的電動勢為零。這說明環形天線具備對閃電的定向能力。
6 簡述窄帶 DFs 的主要缺點及造成誤差的原因？
窄帶 DFs 的主要缺點是只能確定 200km 范圍內的閃電，而且有大約10°的固有極化誤差，誤差一是由于非垂直通道部分，其在一平面內形成垂直于非垂直通道部分的圓形磁力線;二是由電離層反射的睛空波，其磁場同樣是對于地面閃擊點的方向的取向不合適。另外由于其它原因，不需要的磁場分量出現，如在定向附近非水平的導體地形和通過鄰近裸露導體的再輻射。由此造成的誤差通常稱為位置誤差。
7 閃電定位到達系統的三種類型和特點？
單個時間到達感應器給出閃電電磁場訊號的某部分到達感應天線的時間，對于閃電定位的時間到達系統可分為三種基本類型
-
甚短基線系統（幾十到幾百米）
-
短基線系統（幾百千米）
-
長基線系統（幾百到幾千千米）
甚短基線和短基線系統通常工作在甚高頻VHF，就是頻率從 30 到約 300MHz，而長基系統頻率工作于甚低頻VLF和低頻 LF，從3到300kHz，它一般認為 VHF輻射與空氣爆炸過程相聯系，而VLF訊號是由于在閃電通道內的電流。短基線系統給出了閃電通道的圖像，并用于研究閃電放電發展的時空變化。通常采用長基線系統用于識別地面閃擊點的平均位置。
8 簡述國家閃電監測網流程？
地基感應器通過衛星系統將閃電資料輸送監測網控制中心（NCC（Network Control Center）），在 NCC處理來自遙感器的數據，提供每次閃電放電的時間、位置、峰值電流，然后將這處理信息通過衛星廣播通訊網返回到實時使用者的手中，所有這些發生于閃電放電的30～40s內，這一延遲由固有的30s和各種處理通訊延遲所組成。以0.1s 時間分辨率的地閃信息通過衛星廣播線路發送，所有獲取的其它高分辨率閃電和閃擊數據通過另外的通訊線路傳送。實時獲取的數據在數天內再處理，作為永久的基本數據存檔，為不需要實時數據的使用者選擇使用。
9 簡述LMS成圖探測器的實時信號處理系統的功能和原理。
它的主要功能是將閃電信號從背景信號中分離出來，事實上，聚焦平面上只有一小部分是閃電信號數據，大部分是背景信號。實時處理器從背景噪聲中檢測閃電信號將數據率降低到百萬分之一。實時處理器組件包括一個背景信號 P333、一個背景消除器、一個閃電事件閾值器、一個閃電事件選擇器和一個信號鑒別器。背景信號測定器基本上是時間范圍濾波器，逐個地對每一個像元進行背景信號測定。在完成的過程中，多路信號聚焦平面先將信號饋入緩沖器和限幅器，以確保強閃電信號不污染背景信號測定。然后信號由一部分增益（B）增大，對于同一像元增大到以前背景測定的（1-B）倍。選擇部分增益與常規頻率節奏濾波器中調整截止頻率類似。數據處理器的輸出表示閃電事件的強度及閃電發生的位置。然后把這些數據送到編碼電子設備，格式化為一連續的數據流，再發送至地面，其數據率達每秒幾百萬比特量級。
10 簡述雷達探測閃電的原理？
一個雷達天線針對一個活躍的雷暴閃電進行觀測，在直角平面中雷達對閃電定位的空間分辨率隨距離的增加而減小，檢測閃電的范圍取決于雷達天線波束大小。一個窄的波束只能檢測很少的閃電，其方位是很窄的，但在垂直方向的范圍在0～60°。較長波長的雷達波較容易測量到降水中的閃電。實際情況中雷達波長需大于10em，這樣可以避免強降水掩蓋閃電回波。用波長10cm波段，可在強中心以外的降水中檢測到閃電。而使用極化雷達可以抑制降水回波，加強閃電回波。雷達用于閃電通道觀測是由于通道有很高的反射率，對于時間幾百毫秒和溫度>5000K的等離子是高密度的。當閃電通道中的離子為高密度時，可以把閃電通道看作云中的金屬導線或電纜，如果降水回波不是十分強，它很容易被檢測到。
