大气冰核浓度对雷暴云电过程影响的数值模拟研究
发布时间：2021-12-28 06:30
为探讨不同冰核浓度-温度谱对雷暴云微物理、起电及电荷结构的影响,本文利用已有的二维积云模式,结合一次山地雷暴个例,选取了三种经典的冰核谱进行数值模拟实验。在此基础上,为详细讨论不同冰核浓度对雷暴云电过程的影响,选取了一种与气溶胶浓度有关的DeMott核化方案,并将其分别植入二、三维云模式中,通过改变气溶胶浓度来控制冰核浓度,以此分析不同冰核浓度对雷暴云微物理、起电、电荷结构、降水以及闪电频次的影响。结论如下:（1）不同的冰核谱环境对雷暴云中冰相粒子的含量及分布具有明显作用。冰核谱的垂直温区越大,产生的冰相粒子分布越广。在冰核浓度较大的个例中,冰晶和霰粒子的含量高,更多的小冰相粒子出现在海拔更高的区域;（2）高温区冰核的数量会对上升气流速度产生显著影响。高温区的冰核越多,冰相粒子在微物理发展过程中释放的潜热越多,上升气流强,对流发展越旺盛;（3）在低温区冰晶浓度高的谱环境个例中,雷暴云中的非感应起电率和感应起电率高,导致起电量增加。高温区冰核多的谱环境,大量冰晶和霰获得正电荷形成次正电荷区,电荷结构呈现三极性;而高温区冰核少的谱环境,参与起电的水成物粒子少,易形成偶极性电荷结构。（4）随...
【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
【部分图文】：
GZ非感应起电方案中在不同温度和液态水含量下霰得到的电荷极性示意图（反转温度：-15℃）
南京信息工程大学硕士学位论文由表可知，三种谱参数公式均满足以下形式： IN INN N exp B 273 T 。核谱对应的参数分别为：S1：NIN=10-5，BIN=0.6；S2：NIN=0.005，BIN=0.3040.0049，BIN=0.388。根据胡志晋[68]对冰核核化过程的研究可知，冰核浓度不仅与温度有关，还与度等因素有关，因此本模式的异质核化过程参照胡志晋[68]的处理方法： IN IN INv siv si0 sw siiceviv siexp 273( 0, )0 ( 0, )kB N B TQ Q dT dTQ QQ Q dt dtdTQ Qdt ：Qv为实际水汽含量；Qsi为相对冰面的饱和水汽含量；Qsw为相对水面的饱；k=5；zTwdtdT 。
南京信息工程大学硕士学位论文Electrical Evolution in Thunderstorms，简称 SEET），而选取此个例是由于：（1）本式对其有很好的描述能力，谭涌波[73]博士论文中对比了模拟结果与实际观测数据，表无论是水成物粒子的信息，还是闪电通道结构和扩展范围等都与山地雷暴的实际观测为一致，因此模拟得到的基本物理过程可信度较高。（2）模式的稳定性对敏感性试十分重要。选取的此次山地雷暴属于弱雷暴，弱雷暴的模式计算相对比较稳定，适合感性实验的研究，因此选择此次个例。图 2.3 是该个例初始场的环境温度、露点温度风场，其中的湿度层结取自 NCEP 格点资料。从图 3 中可以看出，地面温度在 12 ℃右，露点温度在 8 ℃左右。另外，本模式的计算域为 76 km×20 km，分辨率为 250 m ×2m，设定的模拟时间为 80 min，时间步长为 2 s。在初始时间给出了一个水平半径为 5 km垂直半径为 1 km 的湿热泡扰动，其中心位于模拟区域中心，高度为 1 km 的格点上。度扰动为 4.5 K，湿度扰动为 80%，从中心向外以余弦函数递减。
【参考文献】：
期刊论文
[1]气溶胶对雷暴云电过程影响的数值模拟研究[J]. 谭涌波,马肖,向春燕,夏艳羚,张鑫. 地球物理学报. 2017 (08)
[2]云凝结核浓度对雷暴云电过程影响的数值模拟研究[J]. 邓美玲,银燕,赵鹏国,肖辉. 大气科学. 2017(01)
[3]1960-2012年陕西降水变化特征及可能成因分析[J]. 彭艳,王钊,董妍,董自鹏,李星敏,陈闯. 高原气象. 2016(04)
[4]东亚地区沙尘气溶胶对降水的影响研究[J]. 宿兴涛,许丽人,魏强,张志标,王胜国,吴洪星. 高原气象. 2016(01)
[5]沙尘冰核对积云起电过程影响的初步数值模拟试验[J]. 李泽宇,孙继明,牛生杰. 气候与环境研究. 2016(01)
[6]背景场云凝结核浓度对理想热带气旋强度的影响[J]. 杨玉华,陈葆德,王斌,王晓峰,张蕾,王平,许晓林,黄伟. 高原气象. 2015(05)
[7]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)
[8]初始冰晶浓度对雷暴云微物理和起电过程的影响[J]. 江涛,郭凤霞,陆干沂,梁梦雪,吴鑫. 科学技术与工程. 2015(20)
[9]冰晶核化对雷暴云微物理过程和起电影响的数值模拟研究[J]. 谭涌波,杨忆,师正,周博文,张冬冬,廖义慧. 大气科学. 2015(02)
[10]气溶胶影响云和降水的机理和观测研究进展[J]. 李军霞,银燕,李培仁,徐芬. 气象科学. 2014(05)
硕士论文
[1]沙尘气溶胶作为冰核影响区域降水的数值研究[D]. 李磊.南京信息工程大学 2007
本文编号：3553585
【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
【部分图文】：
GZ非感应起电方案中在不同温度和液态水含量下霰得到的电荷极性示意图（反转温度：-15℃）
南京信息工程大学硕士学位论文由表可知，三种谱参数公式均满足以下形式： IN INN N exp B 273 T 。核谱对应的参数分别为：S1：NIN=10-5，BIN=0.6；S2：NIN=0.005，BIN=0.3040.0049，BIN=0.388。根据胡志晋[68]对冰核核化过程的研究可知，冰核浓度不仅与温度有关，还与度等因素有关，因此本模式的异质核化过程参照胡志晋[68]的处理方法： IN IN INv siv si0 sw siiceviv siexp 273( 0, )0 ( 0, )kB N B TQ Q dT dTQ QQ Q dt dtdTQ Qdt ：Qv为实际水汽含量；Qsi为相对冰面的饱和水汽含量；Qsw为相对水面的饱；k=5；zTwdtdT 。
南京信息工程大学硕士学位论文Electrical Evolution in Thunderstorms，简称 SEET），而选取此个例是由于：（1）本式对其有很好的描述能力，谭涌波[73]博士论文中对比了模拟结果与实际观测数据，表无论是水成物粒子的信息，还是闪电通道结构和扩展范围等都与山地雷暴的实际观测为一致，因此模拟得到的基本物理过程可信度较高。（2）模式的稳定性对敏感性试十分重要。选取的此次山地雷暴属于弱雷暴，弱雷暴的模式计算相对比较稳定，适合感性实验的研究，因此选择此次个例。图 2.3 是该个例初始场的环境温度、露点温度风场，其中的湿度层结取自 NCEP 格点资料。从图 3 中可以看出，地面温度在 12 ℃右，露点温度在 8 ℃左右。另外，本模式的计算域为 76 km×20 km，分辨率为 250 m ×2m，设定的模拟时间为 80 min，时间步长为 2 s。在初始时间给出了一个水平半径为 5 km垂直半径为 1 km 的湿热泡扰动，其中心位于模拟区域中心，高度为 1 km 的格点上。度扰动为 4.5 K，湿度扰动为 80%，从中心向外以余弦函数递减。
【参考文献】：
期刊论文
[1]气溶胶对雷暴云电过程影响的数值模拟研究[J]. 谭涌波,马肖,向春燕,夏艳羚,张鑫. 地球物理学报. 2017 (08)
[2]云凝结核浓度对雷暴云电过程影响的数值模拟研究[J]. 邓美玲,银燕,赵鹏国,肖辉. 大气科学. 2017(01)
[3]1960-2012年陕西降水变化特征及可能成因分析[J]. 彭艳,王钊,董妍,董自鹏,李星敏,陈闯. 高原气象. 2016(04)
[4]东亚地区沙尘气溶胶对降水的影响研究[J]. 宿兴涛,许丽人,魏强,张志标,王胜国,吴洪星. 高原气象. 2016(01)
[5]沙尘冰核对积云起电过程影响的初步数值模拟试验[J]. 李泽宇,孙继明,牛生杰. 气候与环境研究. 2016(01)
[6]背景场云凝结核浓度对理想热带气旋强度的影响[J]. 杨玉华,陈葆德,王斌,王晓峰,张蕾,王平,许晓林,黄伟. 高原气象. 2015(05)
[7]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)
[8]初始冰晶浓度对雷暴云微物理和起电过程的影响[J]. 江涛,郭凤霞,陆干沂,梁梦雪,吴鑫. 科学技术与工程. 2015(20)
[9]冰晶核化对雷暴云微物理过程和起电影响的数值模拟研究[J]. 谭涌波,杨忆,师正,周博文,张冬冬,廖义慧. 大气科学. 2015(02)
[10]气溶胶影响云和降水的机理和观测研究进展[J]. 李军霞,银燕,李培仁,徐芬. 气象科学. 2014(05)
硕士论文
[1]沙尘气溶胶作为冰核影响区域降水的数值研究[D]. 李磊.南京信息工程大学 2007
本文编号：3553585
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/qxxlw/3553585.html
