《雷电原理》教学大纲

1、雷电原理Lightning Phycics一、课程基本情况课程类别：专业基础课程课程学分： 2 学分课程总学时：32 学时（讲课：30学时，考试：2学时）课程性质：必修开课学期：第5学期先修课程：电磁场理论、电路分析、雷暴电学、大气物理学适用专业：安全工程（雷电防护科学与技术）教材：雷电物理学，科学出版社，郄秀书、张其林等，2013开课单位：大气物理学院雷电科学与技术系二、课程性质、教学目标和任务教学性质：雷电原理是专业基础课，偏重于理论，重在阐述雷电的发生发展过程，以及大气击穿放电的基本理论和基本概念，能够对目前观测到的闪电现象进行理论解释，并建立相应的唯象理论模型。从闪电放电的物理本质来看

2、，雷电原理最核心的基础理论是气体放电理论，这就要求在本课程的讲解过程中，需要重视气体放电理论知识的全面阐述，使学生不仅懂得雷电现象学，也深入了解其复杂现象背后的物理机制。因此，重视理论是雷电原理课程的主要特点。教学目标：雷电原理是专业基础课，是本专业学生从事雷电安全防护相关技术工作的基本素养，本课程的教学目标是全面深入了解雷电发生发展的物理过程，并能灵活运用所学的专业知识对常见的雷电灾害事故进行合理的解释和鉴定。教学任务：雷电原理是一本专业性比较强的课程，是专门阐述强对流天气过程中的大气电学现象，适用于大气类专业的本科生和研究生以及相关技术人员学习。本课程的教学任务主要包括：雷电现象学、雷电放

3、电基础理论与模型、雷电电磁辐射与传播、中高层瞬态放电、雷电高能辐射等。通关本课程的学习，使学生深入了解闪电发生发展的物理过程及其物理机制，并能很好地为雷电防护技术提供理论指导。三、教学内容和要求1雷电研究史上的里程碑（ 2 学时）理解富兰克林风筝实验与避雷针的实验背景和理论依据理解雷电光谱和基于BOY相机的条纹照相的基本原理了解雷暴云内电荷结构与SIMPSON 电场探空的物理意义和主要结论深入理解并熟悉雷电电流测量与BERGER回击峰值电流分布了解全球大气电路概念与CARNEGIE曲线的物理含义重点：雷电研究史上的里程碑 难点：电场探空仪的探测原理与资料应用2气体放电理论与晴天大气电场概述（

4、2 学时）1）全面理解并熟悉气体放电理论基础知识2）全面理解并熟悉空气击穿的电晕和流光的始发条件和机理3）了解地球大气分层和大气离子4）了解全球大气电场与电平衡重点：熟悉气体放电的基本理论难点：空气击穿的电晕和流光的始发条件和机理3.下行负先导放电过程（10学时）1）深入理解闪电初始击穿过程的放电现象与物理机制2）深入理解电晕-流光-梯级先导的形成机制3）理解梯级先导的静电学模式4）理解多接地先导的形成机制5）深入理解连接过程的主要特征参量与形成机理6）深入理解回击过程的主要特征参量与形成机理7）理解回击电流波形特征的特征参量8）理解回击电流模型与回击电磁场计算的基本方法9）深入理解闪击间过程

5、（连续电流、M分量和K变化）重点：地闪放电的基本物理过程与现象，以及相应的物理机制难点：双向先导发展机制；电晕-流光-梯级先导的形成机制4.正地闪、云闪和其他类型闪电（8学时）1）深入理解正地闪的形成机理及其主要特征参量2）全面了解正先导和负先导发生发展的差异性3）全面理解上行闪电的形成机理和主要特征参量4）深入理解双极性闪电的形成机理和主要特征参量5）深入理解云闪的初始击穿过程及其发展机制6）深入理解袖珍闪电的物理机制与特征参量的反演算法7）简单了解球状闪电的可能形成机制和一般特征重点：正地闪和云闪的物理过程和放电参量 难点：正/负先导的形成机理和差异5、人工引发雷电及应用（4学时）1）全面

6、了解人工引发雷电的国内外研究进展2）重点理解传统人工引发雷电的物理过程3）熟悉空中人工引发雷电的物理过程4）重点了解人工引发雷电的近距离电磁辐射特征5）了解人工引发雷电的应用于与发展前景重点：人工引发雷电原理与应用难点：人工引发雷电上行先导的始发机制6、中高层大气瞬态发光事件（4学时） 1）全面了解中高层瞬态发光事件的研究进展 2）重点理解elves和sprite的发生机理和特征参量 3）重点理解地球-电离层非线性耦合效应模式及其模拟结果分析 重点：中高层瞬态放电现象的始发机理和现象 难点：地球-电离层非线性耦合效应模式7、雷电高能辐射（2学时）1）全面了解雷电高能辐射的国内外研究进展 2）深入理解雷电高能辐射的产生机制重点：雷电高能辐射的国内外研究进展与应用难点：雷电高能辐射的产生机制四、课程考核（1）作业等：作业：16次，课程论文：1篇；（2）考核方式：闭卷考试（3）总评成绩计算方式：平时成绩30%+期末