Broad band interferometric measurement of intra-cloud lightning in Chinese inland plateau area

Abstract

The characteristics of intra-cloud lightning at Pingliang, a plateau area in north-western China, have been measured using a broad band interferometer system developed by Ushio et al. (1997). This system, using a 500 MHz digitizer with 8 Megabyte memory and operating at the frequencies from 30 to 250 MHz, measures the two dimensional direction of arrival of the radiation from lightning discharges. A detailed study of two cases of intra-cloud lightning has shown that the intra-cloud lightning usually begins with an activity which lasts a few hundred milliseconds and involves the development of several horizontal streamers at the lower part inside the cloud. Since the similar initial activity to this has not been observed from the summer storms either in Florida or in New Mexico by Shao et al. (1996), the results appear to support the unique charge structure of the thunderstorms around Pingliang area as suggested by Liu et al. (1989). Followed this initial activity, the most active stage was observed to occur simultaneously in two directions, one tracing the previously produced horizontal channel and the other connecting to the upper part of the cloud. From the electric field data which have been simultaneously recorded with the broad band interferometer data, the latter is inferred to transfer negative charge upward. As a whole, the intra-cloud lightning studied here exhibits a two-level structure in which the two levels were connected by a single upward channel as reported by Shao et al. (1996). In addition, in a comparison to the narrow band interferometer and the time of arrival system, the advantage and the disadvantage of the system are also discussed.

中国北西高原部の平涼(Pingliang)において、牛尾ら(1997)によって開発された広帯域干渉計を用いて雷雲内放電の特性を測定した。このシステムは500MHzのデジタイザと8メガバイトのメモリを有し30MHzから250MHzの周波数域で作動し、雷放電から電磁波放射の2次元方向の到着を測定する。雷雲内放電の2ケースの詳細な事例解析から、放電は通常、数百ミリ秒持続する活動で始まり、雷雲内下部における幾つかの水平方向ストリーマの進展を含む。これと同様な初期活動はフロリダやニューメキシコにおける夏期の雷嵐におけるShaoら(1996)によっては観測されていないので、本研究の結果はLiuら(1989)によって示唆された、平涼(Pingliang)地域の独特な雷嵐の荷電構造を支持するように思われる。この初期活動に続く最も活発な段階は、2方向同時に起こることを観測した。すなわち、それ以前に生成した水平方向の放電路と、雷雲上方へ進展する方向である。広帯域干渉計データと同時に測定された電界の観測データから、雲上方への接続においては負電荷を上方へ輸送するものと推定した。全体として、ここで研究した雷雲内放電は、Shaoら(1996)によって報告されたように、2つの水平進展が一本の上方向へ垂直放電路で繋がっていることを示している。さらに、狭帯域干渉計および到着時間観測システムとの比較から、本法の長所および短所も検討した。