静电云微物理对云形成的影响

发布时间：2020-11-15 08:33

　　 厘清地外强迫因子对地球天气-气候的作用机制是计算自然和人为因素与气候变化贡献率的先决条件,而太阳活动是影响地球最主要的地外强迫因子。太阳除了直接为地球上的天气-气候变化提供能量以外,还能够通过太阳活动、太阳风调制进入大气的高能粒子通量及两极的大气电势分布,干预电离层的大气电离活动,通过全球大气电路控制云微物理过程和大气粒子谱分布,由此改变云的宏观物理过程,从而对地球上的天气和气候产生影响。本文基于太阳活动-空间天气-全球电路-静电云微物理机制的理论基础,通过计算大气带电粒子的碰并效率,模拟大气带电粒子的碰并过程对云的生命周期和降水过程的具体影响,以探讨地外强迫因子影响地球天气-气候的途径及其主要的物理机制。主要得到以下几点认识:1、使用激光多普勒测量仪测量真空电场中被电子枪充电后克服重力漂浮的矿物细颗粒物的粒径与速度,计算得到粒径为0.5μm~10μm间的颗粒带电量约为10~(-20)~10~(-14)C,与前人研究结果相似。2、根据两个相互作用的带电颗粒之间的映射电荷静电力,使用导电面方法,在流场中与斯托克斯流体阻力的平衡,推导获得映射电荷静电力碰并效率计算公式。根据推导获得的公式计算及其与前人计算结果的对比,得出以下结论:映射电荷静电力碰并效率与模拟轨迹抛射模型的数值模拟结果在半径为0.1~1μm“Greenfield Gap”的范围内显著相关;对于携带异种电荷两个粒子,在不同的电场强度下,映射电荷静电力碰并效率通常大于库仑力碰并效率;粒子带电量的增大会引起粒子间的静电力作用的增大,从而导致带电粒子间静电力碰并效率的增大;“Greenfield Gap”的范围不仅与小粒子的粒径有关,还与大粒子的粒径有关。3、基于CReSS-SDM云模式的模拟中发现:大气电场强度增加提高了大气粒子的带电量,促进粒子间碰并过程的发生,促进大气中云滴、雨滴的转化,增大降水量;相比库仑力,相同大气电场强度作用下映射电荷静电力对云的形成和降水过程的影响更大;而当只有一定粒径范围的颗粒带电时,只有该粒径范围的碰并效率得到提高,因此只有粒径略大于这个范围的颗粒的数量得到显著提升,数量得到大幅度提升的这部分颗粒由于不带电,不具有静电力碰并效率,不能促进其进一步增长,形成阻滞,因此也不能够生成更多的雨滴从而提高降水量。从以上结论可以认识到,太阳活动能够通过调制大气电场影响大气云层的生命周期及粒子谱的演变,从而影响地球天气-气候,与太阳活动-空间天气-全球电路-静电云微物理机制的理论一致。
【学位单位】：华东师范大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：P426.5
【部分图文】：

大学 2018届硕士学位论文 第一会使水滴累积同种电荷。Beard and Ochs（1983）列举了云滴累积包括扩散充电，漂移充电和选择性离子充电。间电荷附着在水滴上使水滴带电后，带电水滴又会由于饱和-干燥空而蒸发，电荷会残留在蒸发核（曾经为凝结核的气溶胶颗粒）内成核。这类带电蒸发核能携带比与其相同粒径大小的颗粒正常情况下大得多的电荷长达 10 分钟（Tinsleyand Zhou，2015)。水滴对周围会因为粒子上的电荷与其在水滴上产生的映射电荷之间的静电吸这个过程称为静电清除。由于蒸发核上的电荷产生于初始空间电荷于 JZ，因此认为静电清除率是对太阳风输入的反馈。

师范大学 2018届硕士学位论文 第一的宏观物理特征以及大气降水的影响。选择合适的流场对粒子间碰并效率的计算十分重要。不同的流场下，不粒子的表现相去甚远。但是愈加精确的计算方法愈加复杂，需要花费更，这就不利于应用到更高级的模型中。因此，选择合适的流场不仅需要果精确，更重要的是简化计算过程，使之能够运用到更加复杂更加高级，能够进行宏观模拟，具有实际意义。6 技术路线本研究在前人研究、基础调研与相关文献、数据资料搜集的基础上，采试分析与计算机编程模拟相结合的研究方法，以此开展研究工作。

（2）调整激光发射器的位置，使两台发射器发射的激光束的焦点位于实验腔中部；调整多普勒接收器的位置和高度，使之能捕捉到激光束的焦点。（3）将矿物粉末颗粒放入 10mm×10mm×2mm 的合金样品槽中，将样品槽放在实验腔的样品台上，调整样品台的高度，使样品槽的中心在激光束焦点以下约10mm 处。（4）关闭实验腔，打开机械真空泵，为实验腔创造真空环境。但是所用机械泵不能达到实验要求的真空度，因此当实验腔内气压从一个大气压下降到约10-1Pa 时，打开分子泵，继续降低实验腔内气压。（5）待实验腔内气压降低到 10-5Pa，符合实验要求的真空度后，开启电子枪，调节束流、能量等变量。（6）待电压检测板示数稳定后，开启监控，记录数据；数据量达到 2000 组以上，保存数据，调整电学变量，进行下一组实验。
【参考文献】

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本文编号：2884561