雷暴云中电场对微物理、动力以及起电和放电过程的反馈影响
发布时间：2021-02-02 09:07
为进一步认识由起电活动产生的空间电场对整个雷暴云动力过程、微物理过程以及后续电过程的反馈作用,本文在三维强风暴动力-电耦合数值模式中,将电场分别引入积云运动方程及水凝物的下落末速度,模拟了1997年7月28日陕西旬邑地区的一次中等强度雹暴云个例,对比分析了有无电场影响下模拟云动力、微物理、起电和放电过程的主要差异。得出以下结论:（1）在考虑电场的作用下,由于初期起电活动并不剧烈,云内垂直速度变化较小,算例间的粒子运动、相变差异微弱。但随着云中水凝物粒子的积累,起电活动逐渐增强,电场反馈的差异也逐渐显著,并持续影响至雷暴云的消散阶段,此段差异保持约30 min,其间累计的反馈影响是不可忽视的。（2）水凝物粒子落速的变化是电场反馈影响的直接起因。考虑电场反馈作用后,雨滴、冰晶和雹粒子落速的极值整体增加,霰粒子落速的极值有增有减;电场对上述粒子瞬时的落速影响有增有减,但粒径越小,粒子瞬时的落速变化越明显,总体上,电场对雹粒子瞬时的落速影响最大,改变值接近其落速极值。水凝物下落末速度的调整导致粒子主要源项生成率的改变,云中霰、雹的生成率略有减小,雨滴、冰晶的生成率相对增加,而微物理过程中,粒子...
【文章来源】：南京信息工程大学江苏省
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究目的与意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 对雷暴云内电过程的模拟研究
1.2.2 数值模式中电活动对云动力及微物理过程的反馈影响研究
1.3 研究内容
第二章 模式简介和个例介绍
2.1 模式简介及其物理意义
2.1.1 控制方程组
2.1.2 微物理过程参数化方案
2.1.3 起电参数化方案
2.1.4 放电参数化方案
2.1.5 电参量的初始以及边界条件
2.2 电场参量的引入途径
2.3 个例简介和算例设计
2.3.1 初始资料和算例设计
2.3.2 在运动方程中引入电场及水凝物落速中加入电场的影响
第三章 雷暴云中电场对微物理过程的影响
3.1 电场对水凝物下落末速度的影响
3.1.1 电场影响下水凝物下落末速度极值的差异
3.1.2 电场影响下水凝物粒子的瞬时落速的差异
3.2 电场对水凝物粒子生成率的影响
3.3 电场对云内水凝物分布的影响
3.3.1 NE组水凝物粒子的垂直分布
3.3.2 电场对云内水凝物谱分布的影响
3.4 电场影响下降水强度差异
3.5 本章小结
第四章 雷暴云内电场对宏观动力场和热力场的影响
4.1 NE组流场演变及引入电场后垂直速度的差异
4.2 电场影响下云内垂直涡度和水平散度的变化
4.3 电场对云内温度场的影响
4.3.1 电场影响下扰动温度场的变化
4.3.2 两组算例间相变累计量的差异
4.4 本章小结
第五章 雷暴云内电场对电过程的影响
5.1 电场对电荷结构以及垂直电场的影响
5.1.1 引入电场后电荷结构的变化
5.1.2 NE组垂直电场演变以及算例间垂直电场的改变
5.2 电场对云中起电率的影响
5.3 电场对闪电频数的影响
5.4 本章小结
第六章 结论与展望
6.1 主要结论
6.2 论文创新点
6.3 不足与展望
参考文献
作者简介
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]广东一次雷暴过程的宏微观及电特征的数值模拟[J]. 郭凤霞,黄兆楚,王曼霏,李扬,穆奕君,廉纯皓,曾凡辉. 热带气象学报. 2018(05)
[2]青藏高原雷暴电荷结构特征及成因的数值模拟研究[J]. 郭凤霞,王曼霏,黄兆楚,李扬,穆奕君,廉纯皓,曾凡辉. 高原气象. 2018(04)
[3]雷暴云内电场力对起电和电荷结构的反馈作用[J]. 孙凌,郄秀书,Edward R.Mansell,陈志雄,徐燕,蒋如斌,孙竹玲. 物理学报. 2018(16)
[4]雷暴单体的对流强度对电荷结构的影响[J]. 郭凤霞,李雅雯,鲍敏,刘祖培,黄兆楚,王曼菲. 科学技术与工程. 2017(25)
[5]强雷暴中正地闪发生的条件[J]. 郭凤霞,陆干沂,吴鑫,王昊亮,刘祖培,鲍敏,李雅雯. 中国科学:地球科学. 2016(05)
[6]闪电和固、液态降水关系差异的数值模拟[J]. 郭凤霞,吴鑫,梁梦雪,江涛,陆干沂. 大气科学. 2015(06)
[7]积云模式下三维闪电分形结构的数值模拟[J]. 郭凤霞,王昊亮,孙京,吴鑫,梁梦雪. 高原气象. 2015(02)
[8]强风暴中反极性电荷结构研究进展[J]. 张义军,徐良韬,郑栋,王飞. 应用气象学报. 2014(05)
[9]强雷暴个例云内闪电与上升气流及液水含量关系的三维数值模拟[J]. 周志敏,郭学良. 气候与环境研究. 2009(01)
[10]云闪放电对云内电荷和电位分布影响的数值模拟[J]. 谭涌波,陶善昌,祝宝友,马明,吕伟涛. 地球物理学报. 2007(04)
本文编号：3014449
【文章来源】：南京信息工程大学江苏省
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究目的与意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 对雷暴云内电过程的模拟研究
1.2.2 数值模式中电活动对云动力及微物理过程的反馈影响研究
1.3 研究内容
第二章 模式简介和个例介绍
2.1 模式简介及其物理意义
2.1.1 控制方程组
2.1.2 微物理过程参数化方案
2.1.3 起电参数化方案
2.1.4 放电参数化方案
2.1.5 电参量的初始以及边界条件
2.2 电场参量的引入途径
2.3 个例简介和算例设计
2.3.1 初始资料和算例设计
2.3.2 在运动方程中引入电场及水凝物落速中加入电场的影响
第三章 雷暴云中电场对微物理过程的影响
3.1 电场对水凝物下落末速度的影响
3.1.1 电场影响下水凝物下落末速度极值的差异
3.1.2 电场影响下水凝物粒子的瞬时落速的差异
3.2 电场对水凝物粒子生成率的影响
3.3 电场对云内水凝物分布的影响
3.3.1 NE组水凝物粒子的垂直分布
3.3.2 电场对云内水凝物谱分布的影响
3.4 电场影响下降水强度差异
3.5 本章小结
第四章 雷暴云内电场对宏观动力场和热力场的影响
4.1 NE组流场演变及引入电场后垂直速度的差异
4.2 电场影响下云内垂直涡度和水平散度的变化
4.3 电场对云内温度场的影响
4.3.1 电场影响下扰动温度场的变化
4.3.2 两组算例间相变累计量的差异
4.4 本章小结
第五章 雷暴云内电场对电过程的影响
5.1 电场对电荷结构以及垂直电场的影响
5.1.1 引入电场后电荷结构的变化
5.1.2 NE组垂直电场演变以及算例间垂直电场的改变
5.2 电场对云中起电率的影响
5.3 电场对闪电频数的影响
5.4 本章小结
第六章 结论与展望
6.1 主要结论
6.2 论文创新点
6.3 不足与展望
参考文献
作者简介
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]广东一次雷暴过程的宏微观及电特征的数值模拟[J]. 郭凤霞,黄兆楚,王曼霏,李扬,穆奕君,廉纯皓,曾凡辉. 热带气象学报. 2018(05)
[2]青藏高原雷暴电荷结构特征及成因的数值模拟研究[J]. 郭凤霞,王曼霏,黄兆楚,李扬,穆奕君,廉纯皓,曾凡辉. 高原气象. 2018(04)
[3]雷暴云内电场力对起电和电荷结构的反馈作用[J]. 孙凌,郄秀书,Edward R.Mansell,陈志雄,徐燕,蒋如斌,孙竹玲. 物理学报. 2018(16)
[4]雷暴单体的对流强度对电荷结构的影响[J]. 郭凤霞,李雅雯,鲍敏,刘祖培,黄兆楚,王曼菲. 科学技术与工程. 2017(25)
[5]强雷暴中正地闪发生的条件[J]. 郭凤霞,陆干沂,吴鑫,王昊亮,刘祖培,鲍敏,李雅雯. 中国科学:地球科学. 2016(05)
[6]闪电和固、液态降水关系差异的数值模拟[J]. 郭凤霞,吴鑫,梁梦雪,江涛,陆干沂. 大气科学. 2015(06)
[7]积云模式下三维闪电分形结构的数值模拟[J]. 郭凤霞,王昊亮,孙京,吴鑫,梁梦雪. 高原气象. 2015(02)
[8]强风暴中反极性电荷结构研究进展[J]. 张义军,徐良韬,郑栋,王飞. 应用气象学报. 2014(05)
[9]强雷暴个例云内闪电与上升气流及液水含量关系的三维数值模拟[J]. 周志敏,郭学良. 气候与环境研究. 2009(01)
[10]云闪放电对云内电荷和电位分布影响的数值模拟[J]. 谭涌波,陶善昌,祝宝友,马明,吕伟涛. 地球物理学报. 2007(04)
本文编号：3014449
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