感应起电对雷暴云起电及闪电行为影响的数值模拟研究

发布时间：2021-07-18 18:32

　　为了探讨感应起电在雷暴云起电及闪电行为过程中的作用,结合真实的雷暴个例,通过已有的积云二维起、放电云模式探讨对比了不同感应强度及不同感应过程在感应起电中的作用。通过改变霰-云滴碰撞系数的不同来代表感应强度的不同,不同感应过程包括四种方案:仅考虑非感应起电机制;同时考虑非感应起电机制及霰-云滴之间的感应起电;同时考虑非感应起电机制及霰-冰晶之间的感应起电;同时考虑以上三种过程。针对相同的运动学和微观物理学属性,给出起、放电特征的差异,利用现有的研究理论给予解释。在定性分析的基础上进行一定的定量分析,使模拟结论更符合现有研究结果。通过模拟得出感应电荷分离过程在起电过程中的重要作用,为更好地解释雷暴云宏观分布和微物理动态演变提供更好的背景,完善了现有的研究结果,为后续进行雷暴云的起电机制研究提供了新的参考。本文得到以下主要结论:（1）感应强度不同时,在雷暴云发展的前期阶段均呈现为三极性电荷结构分布,但在次正电荷区下部产生了一个小负电荷堆。这是由于雷暴云前期发展阶段上升气流较强,更多的水汽被带入高空,云滴自动转化为霰粒子的过程发展较为迅速,霰粒子增多后不断沉降,形成固态降水,由于霰粒子带负电荷... 

【文章来源】：南京信息工程大学江苏省

【文章页数】：53 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图２．３闪电通道示意图??

?第三章不同感应强度结果对比分析???第三章不同感应强度结果对比分析??３．１选取个例??本文选取的个例是２００５年６月１０日２０：００长春站的气象参数。图１为该气象条??件下的温湿层结，地面温度在２５°Ｃ左右，露点温度为２３°Ｃ左右，低层大气的相对湿度??在６５％？７８％范围内。这种环境探测资料也用于其它相关的研究，且适用于模式研究模??式。在初始时间设置了水平半径与垂直半径分别为５?ｋｍ，?ｌｋｍ的湿热泡扰动。模式温??度扰动设为０．５?Ｋ，湿度扰动设为０．７２，其中心位于模拟区域中心左侧高度为１?ｋｍ的格??点上。模式的计算域为７６?ｋｍ＞＜２０?ｋｍ，设定模拟时间为８０?ｍｉｎ，取时间步长为２?ｓ。基??于Ｍａｎｓｅｌｌ等人的研究，本研究中霰与云滴间的感应起电碰撞系数分别Ｅｒｅ＝０．００７、０．０１、??０．１０．５，ｃ〇Ｓ０?？，。??

?３．２微物理过程动态演变??图３．２是云滴粒子比含水量随时间变化的动态演变图。由图３．２和３．３可知，云滴、??冰晶、霰、雹和雨滴五种主要的水成物粒子产生的时间均较早，大约在雷暴云发展的前??１０分钟左右生成。雷暴云发展的前２０分钟，也即雷暴云塔状增长阶段，云滴冷凝释放??大量潜热，使得上升气流速度不断增加，在上升气流的持续影响下，云水含量也迅速上??升，在２０分钟前就出现最大值，大约在模拟的１８分钟左右，上升气流速度达到最大??３５．１ｍ／ｓ，云含水量最大达到５．０３ｇ／ｋｇ，此后由于云水参与其他微物理过程及其他粒子的??生成和转化，比含水量不断下降。云滴和霰之间的自动转化过程及相互之间的碰并比较??剧烈，使得霰粒子在１０－３０分钟内含量不断增加，在２０分钟左右达到最大比含水量??１３．６ｇ／ｋｇ

【参考文献】：
期刊论文
[1]气溶胶对雷暴云起电以及闪电发生率影响的数值模拟[J]. 师正,谭涌波,唐慧强,杨忆,彭琳,郭秀峰,陈浩然.  大气科学. 2015(05)
[2]雷暴云底部正电荷区对闪电类型影响的数值模拟[J]. 谭涌波,梁忠武,师正,朱俊儒,郭秀峰.  中国科学:地球科学. 2014(12)
[3]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)
[4]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)
[5]层状云中冰晶繁生过程对降水影响的数值模拟[J]. 刘晓莉,牛生杰.  气象科学. 2007(02)
[6]青海省秋季一次对流云人工增雨的数值模拟[J]. 李艳伟,郑国光,杜秉玉,郭学良.  南京气象学院学报. 2006(03)
[7]一次强对流过程的三维数值模拟[J]. 于华英,顾松山,刘鹏,陈章法,黄小玉.  南京气象学院学报. 2006(03)
[8]苏北一次强降雹过程的数值模拟研究[J]. 宋娟,白卡娃.  气象科学. 2006(03)
[9]雷暴云内闪电双层、分枝结构的数值模拟[J]. 谭涌波,陶善昌,祝宝友,马明,吕伟涛.  中国科学.D辑:地球科学. 2006(05)
[10]青海秋季对流云降水及催化过程数值模拟研究[J]. 房文,郑国光,何观芳.  南京气象学院学报. 2005(06)



本文编号：3290130