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雷电

本书是一部科学专著,也是一部雷电百科全书,全面描述了与雷电相关各个方面的综合知识。主要包括雷电研究历史、雷电特征、雷暴云电荷结构、各种类型雷电、人工引雷、雷电产生氮氧化物、闪电定位系统、雷电危害和雷电防护等内容。本书用很大篇幅的章节详细描述了下行负地闪及其各个阶段特征,重点在于描述雷电的整体过程,而不是只关注各个子过程。除了下行负地闪外,书中还分章节细致描述了正闪、双极性闪电、云闪、上行闪电、日本冬季雷电和球形闪电。作者Rakov教授和Uman 教授提供了大量闪电照片以及雷暴云、先导、回击的电流和电场等实测数据。人工引雷章节中包括带有接地导线的小火箭穿过雷暴云从而引发雷电和其他引雷方法,这些实验为研究和分析自然闪电提供了便利。本书还包括雷电电磁波的传播,雷电对于人和动物的危害以及其他行星中的闪电等内容。书中还讨论了一些之前其他书籍没有提到过的主题,如中高层大气雷电效应和远程雷电等,这些现已成为雷电科学研究者关注的热点。航空专家们会从本书雷电与飞机器章节中发现大量有价值的信息,工程师们也会从相应章节找到他们所需要的地面物体雷电防护的大量信息。书中配有300多张高质量描图和珍贵照片,70多张表格,6000多份参考文献和书目。雷电科研工作者通过本书可以一览涵盖物理学、气象学、生物学、电学、建筑学、化学等学科的雷电科学知识,走向雷电科学与研究的核心。此外,本书也可供物理学、电力工程、通信工程、计算机、航空航天、气象学、生态学和建筑学等专业技术人员以及其他任何对雷电感兴趣的人员阅读。

封面
译者序
原书前言
第1章 引言
 1.1 历史回顾
 1.2 雷电类型及术语
 1.3 雷电主要特征
 1.4 全球大气电路
  1.4.1 大气电导率
  1.4.2 晴天电场
  1.4.3 大气电场“经典”观点
  1.4.4 麦克斯韦电流密度
  1.4.5 全球大气电路模型
  1.4.6 其他全球大气电路观点
 1.5 雷电能量利用
 1.6 小结
第2章 雷电发生率
 2.1 引言
 2.2 雷暴单体和雷暴系统特征
  2.2.1 雷电频次
  2.2.2 93号暴风雪中雷电
  2.2.3 飓风中雷电
  2.2.4 中尺度对流复合体中的雷电
  2.2.5 雷电与恶劣天气
  2.2.6 雷电速率与不带电云
  2.2.7 双极性闪电
  2.2.8 雷电和降雨
 2.3 雷暴日
 2.4 雷暴小时
 2.5 雷电密度
  2.5.1 雷电计数器
  2.5.2 闪电定位系统
  2.5.3 卫星定位系统
 2.6 雷电长期发生率
 2.7 云闪地闪比例
 2.8 雷电随季节、位置和雷暴类型变化特征
  2.8.1 季节
  2.8.2 区域
  2.8.3 纬度
  2.8.4 地形
  2.8.5 雷暴类型
 2.9 各种物体雷击发生率
  2.9.1 概述
  2.9.2 下行闪电
  2.9.3 上行闪电
 2.10 小结
第3章 雷暴云电荷结构
 3.1 引言
 3.2 积雨云
  3.2.1 理想电荷分布
  3.2.2 远程测量结论
  3.2.3 原位测量结论
  3.2.4 雷电起始时最大电场
  3.2.5 电荷和电荷密度
  3.2.6 雷暴云起电机制
  3.2.7 底层正电荷区的来源
  3.2.8 雷暴云起电模型中的雷电
 3.3 非积雨云
 3.4 小结
第4章 下行负地闪
 4.1 引言
 4.2 概述
 4.3 预击穿
  4.3.1 概述
  4.3.2 预击穿脉冲
  4.3.3 云中雷电的发生
 4.4 梯级先导
  4.4.1 概述
  4.4.2 速度和持续时间
  4.4.3 电气特性
  4.4.4 总电场和总磁场
  4.4.5 先导电场变化与回击电场变化的比值
  4.4.6 先导的梯级
  4.4.7 流注区域
  4.4.8 梯级形成机制
 4.5 连接过程
  4.5.1 时间分辨光学照片
  4.5.2 静止照片
 4.6 回击
  4.6.1 测量通道基底电流参数
  4.6.2 亮度沿着通道和传播速度变化
  4.6.3 电场和磁场测量
  4.6.4 电磁场计算方程
  4.6.5 雷电通道特性
 4.7 后续先导
  4.7.1 概述
  4.7.2 速度和持续时间
  4.7.3 电气特性
  4.7.4 总电场
  4.7.5 箭式梯级先导
  4.7.6 不规则先导
  4.7.7 窄带辐射
  4.7.8 箭式先导机制
 4.8 连续电流
 4.9 M分量
  4.9.1 概述
  4.9.2 亮度
  4.9.3 电流
  4.9.4 电场
  4.9.5 VHF-UHF成像
  4.9.6 M分量产生机制
 4.10 J过程和K过程
  4.10.1 基本信息
  4.10.2 K过程属性
  4.10.3 K过程机理
 4.11 规则脉冲簇
 4.12 小结
第5章 正地闪和双极性地闪
 5.1 引言
 5.2 正闪发生条件
 5.3 正闪特征
  5.3.1 概述
  5.3.2 正负先导对比
  5.3.3 正先导机制
  5.3.4 微秒级电磁场波形
  5.3.5 峰值电流
  5.3.6 回击速度
 5.4 双极性地闪
 5.5 小结
第6章 地物触发上行闪电
 6.1 引言
 6.2 概述
  6.2.1 上行负闪
  6.2.2 上行正闪
  6.2.3 上行双极性闪电
 6.3 电场特性
 6.4 脉冲电流
 6.5 高大建筑物雷电流反射
 6.6 雷击建筑物电磁场
 6.7 声音输出
 6.8 小结
第7章 人工引发雷电
 7.1 引言
 7.2 小火箭引雷
  7.2.1 引雷技术
  7.2.2 光学观察特征
  7.2.3 电流波形
  7.2.4 回击电流波形的参数
  7.2.5 地面条件对回击峰值电流的影响
  7.2.6 近电场
  7.2.7 雷电与物体和系统相互作用的研究
 7.3 其他引雷技术
  7.3.1 激光束
  7.3.2 微波束
  7.3.3 喷射水流
  7.3.4 瞬态火焰
 7.4 结束语
第8章 日本冬季雷电
 8.1 引言
 8.2 冬季雷暴云形成
 8.3 冬季雷暴云演变
 8.4 冬季自然闪电特征
 8.5 冬季火箭引雷
 8.6 小结
第9章 云闪
 9.1 引言
 9.2 概述
 9.3 云闪UHF-VHF图像
  9.3.1 双极性闪电
  9.3.2 水平云闪
 9.4 早期阶段
  9.4.1 概述
  9.4.2 电磁脉冲
 9.5 后期阶段
  9.5.1 概述
  9.5.2 宽频的电场和磁场脉冲
 9.6 与地闪比较
 9.7 小结
第10章 雷电与飞行器
 10.1 引言
 10.2 雷击飞机事件统计
 10.3 雷电机载研究项目
  10.3.1 剑桥航空研究实验室,Rough Rider计划,1964—1966年
  10.3.2 美国宇航局雷暴灾害计划,1980—1986年
  10.3.3 USAF/FAA雷电特征计划,1984—1985年,1987年
  10.3.4 法国Transall计划,1984年,1988年
 10.4 雷电与飞机相互作用
  10.4.1 飞机引发雷电
  10.4.2 拦截测试雷电过程
  10.4.3 其他推断与结论
 10.5 雷电测试标准
 10.6 事故
  10.6.1 1963年波音707飞机
  10.6.2 1976年波音747飞机
  10.6.3 1998年Fairchild MetroIII号和Fokker F28 MK 0100号飞机
  10.6.4 低空飞机遭受雷击
  10.6.5 1969年阿波罗12号飞船
  10.6.6 Atlas-Centaur 67号火箭
 10.7 小结
第11章 雷声
 11.1 引言
 11.2 观察
  11.2.1 雷声持续时间
  11.2.2 雷声
  11.2.3 频谱
  11.2.4 能量
  11.2.5 压力
 11.3 产生原理
  11.3.1 产生机制
  11.3.2 Few雷声理论
  11.3.3 通道的弯曲和分支效应
  11.3.4 静电力释放的声波
 11.4 传播
 11.5 雷电通道声学成像
 11.6 小结
第12章 雷电过程建模
 12.1 引言
 12.2 回击
  12.2.1 概述
  12.2.2 气体动力学模型
  12.2.3 电磁模型
  12.2.4 分布电路模型
  12.2.5 工程模型
  12.2.6 验证模型正确性
  12.2.7 回击模型进一步讨论
 12.3 箭式先导
 12.4 梯级先导
 12.5 M分量
 12.6 其他过程
 12.7 小结
第13章 远程雷电:天电、舒曼共振和哨声
 13.1 引言
 13.2 理论背景
  13.2.1 电离层和磁层特性描述
  13.2.2 一般方程
  13.2.3 四种特殊情况
  13.2.4 反射和透射
 13.3 天电
  13.3.1 历史和观察特征
  13.3.2 理论
  13.3.3 应用
 13.4 舒曼共振
  13.4.1 历史与特征
  13.4.2 原理
  13.4.3 大气特性,雷电特性和全球雷暴活动的测定
 13.5 哨声
  13.5.1 探测磁层特性的历史和观察
  13.5.2 理论
 13.6 无线电噪声
 13.7 小结
第14章 中高层大气中雷电效应
 14.1 引言
 14.2 雷暴云顶部上行闪电通道
 14.3 磁层低亮度瞬态放电
  14.3.1 蓝色首发
  14.3.2 蓝色喷流
  14.3.3 红色精灵(红闪)
 14.4 淘气精灵:电离层底部低亮度瞬态发光现象
 14.5 逃逸电子、X射线和γ射线
 14.6 雷电和雷暴云电场与电离层和磁层的相互作用
  14.6.1 瞬态效应
  14.6.2 稳定的红外辉光
 14.7 小结
第15章 大气中雷电化学效应
 15.1 引言
 15.2 回击通道NO产生机理
 15.3 实验测定单位能量NO产量
 15.4 地面电场确定雷电NO产量
 15.5 闪电外推法估算全球NO产量
 15.6 高空测量计算NO产量
 15.7 核爆数据外推NO产量
 15.8 雷电产生微量气体的传播
 15.9 原始大气中微量气体和其他星球大气
 15.10 小结
第16章 来自星星的雷电
 16.1 引言
 16.2 探测技术
 16.3 金星
  16.3.1 基本资料
  16.3.2 光学测量
  16.3.3 电离层中及其上方的射频信号
  16.3.4 电离层下方射频信号
 16.4 木星
  16.4.1 概述
  16.4.2 光信号
  16.4.3 哨声
  16.4.4 其他的射频信号
 16.5 土星
  16.5.1 概述
  16.5.2 射频信号
 16.6 天王星
  16.6.1 概述
  16.6.2 射频信号
 16.7 海王星
  16.7.1 概述
  16.7.2 光学测量
  16.7.3 哨声信号
  16.7.4 其他射频信号
 16.8 结束语
第17章 闪电定位系统
 17.1 引言
 17.2 电磁场定位技术
  17.2.1 静电场变化
  17.2.2 电磁场辐射峰值
 17.3 磁定向法
 17.4 时差法
  17.4.1 超短基线系统
  17.4.2 短基线系统
  17.4.3 长基线系统
 17.5 美国国家闪电监测网
 17.6 干涉仪法
 17.7 地面光学仪定位
 17.8 卫星定位
 17.9 雷达定位
 17.10 小结
第18章 雷电危害及防护技术
 18.1 引言
 18.2 雷电危害的基本机制
 18.3 雷电防护
  18.3.1 防护类别
  18.3.2 防护范围
  18.3.3 建筑物雷电防护系统
  18.3.4 接地
  18.3.5 电涌保护器
  18.3.6 拓扑屏蔽
  18.3.7 非传统雷电防护:消雷器和提前放电系统
 18.4 物体或系统与雷电相互作用
  18.4.1 船只
  18.4.2 树木
  18.4.3 配电线路和输电线路
  18.4.4 埋地电缆
  18.4.5 电信系统
 18.5 雷电测试标准
 18.6 小结
第19章 雷电对人和动物的危害
 19.1 伤亡统计
 19.2 电子学角度
 19.3 医学角度
 19.4 人身安全
 19.5 小结
第20章 球形闪电、珠状闪电及其他闪电
 20.1 引言
 20.2 球形闪电目击报告
  20.2.1 澳大利亚室外
  20.2.2 德国室外
  20.2.3 弗吉尼亚州室内
  20.2.4 内布拉斯加州室内
  20.2.5 弗吉尼亚州室内
  20.2.6 华盛顿州室内
  20.2.7 KC-97机舱内
  20.2.8 民航客机中
  20.2.9 电气设备上发生的球形闪电
  20.2.10 报告来自电路断路器开关柜操作员
  20.2.11 报告来自无线电发报员
 20.3 球形闪电统计
 20.4 球形闪电原理
 20.5 实验室模拟球形闪电
 20.6 珠状闪电
 20.7 其他类型闪电和放电现象
  20.7.1 火山闪电
  20.7.2 地震闪电
  20.7.3 核闪电
 20.8 结束语
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