气溶胶沉积核化方案改进及对雷暴云起电的数值模拟研究

发布时间：2020-08-22 05:04

【摘要】：本文基于已经耦合入气溶胶方案的二维雷暴云起、放电模式,选用更合理的有关气溶胶沉积核化计算理论替换原有的经验公式,优化了模式的参数化方案。同时选取合适的探空个例对比了参数化方案优化前后冰晶的分布变化,并在此基础上,分析了云内其他水成物粒子的变化。此外,基于云内微物理特性和雷暴云电过程之间的联系,研究了雷暴云的起电过程。总之,参数化方案的优化有利于我们更科学、严谨地探讨气溶胶作为冰核对雷暴云起电、后期放电行为的影响,进而为研究雷暴云宏观与微观之间的特征联系提供一定的理论支撑。本文的主要研究结果有：(1)参数化方案优化后,模式模拟出的冰晶粒子分布的温度、高度范围以及比含水量值均小于原方案下的模拟结果。通过参考国外文献和模拟结果,发现现在使用的沉积核化计算理论比原经验公式更贴近观测事实。因而可推测参数化方案优化后可以更为严谨地模拟雷暴云整个生命周期的发展。(2)参数化方案的优化同时影响云内其他水凝物粒子的空间分布。相比较于原LPM方案,优化后的方案下,冰晶在高温区的生成能力被弱化,云内过冷云水较为充足,有助于云水转化效率的增加和雨滴的增长；同时,云滴碰并霰、雨滴碰并霰、云滴碰并冰晶等物理过程亦有改变,这最终引起霰粒子在高温区出现更早,下落更快。(3)参数化方案改善后,地面累积降水量(固态和液态)改善明显。模拟结果显示,冰晶分布的改变最终影响到了地面降水量的变化,造成地面降水提前13min产生,累积降雨量从1.9 mm增加到10.8mm。(4)参数化方案优化后,由于高温区冰晶生成能力的减弱,冰晶在高温区和霰粒子发生碰撞的概率大大降低,并未发生极性反转现象。同时,非感应起电率、霰冰粒子的荷电的电荷密度均显著减弱。此外,通过对比不同核化方式下雷暴云的起电特征,发现在考虑气溶胶异质核化作用以后,雷暴云的非感应起电率有显著的提升。在大于-25℃的温区范围内也有起电过程发生。
【学位授予单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P427.3;P446

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本文编号：2800297