【摘 要】
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为研究冰晶繁生在雷暴云发展过程中对非感应起电的影响,本文在三维雷暴云模式中增加因大滴冻结引起的冰晶繁生过程,对理想层结环境下雷暴云内各种水成物粒子、电荷以及电场分布情况进行模拟;为更好地模拟云内电过程,本文对原模式中起电和放电参数化方案进行修改,并在放电参数化方案采用两种不同的闪电通道扩展方案,通过不同数值试验得到以下主要研究结论:(1)在雷暴云发展和成熟阶段,冰晶繁生过程影响雷暴云中冰晶和霰粒子
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为研究冰晶繁生在雷暴云发展过程中对非感应起电的影响,本文在三维雷暴云模式中增加因大滴冻结引起的冰晶繁生过程,对理想层结环境下雷暴云内各种水成物粒子、电荷以及电场分布情况进行模拟;为更好地模拟云内电过程,本文对原模式中起电和放电参数化方案进行修改,并在放电参数化方案采用两种不同的闪电通道扩展方案,通过不同数值试验得到以下主要研究结论:(1)在雷暴云发展和成熟阶段,冰晶繁生过程影响雷暴云中冰晶和霰粒子浓度和分布位置,考虑冰晶繁生过程时冰晶总数较无繁生过程增大约10%~15%,而且冰晶浓度高值区空间分布范围更大:同时云内霰粒子总数则增大约15%,霰粒子浓度高值区空间分布范围也有所扩大。雷暴云过程发展到42min时,非感应电荷转移速率较未加入繁生过程时要大,且非感应电荷转移速率正值区一般位于霰粒子浓度高值区附近,而负值区位于冰晶和霰粒子浓度高值区重合区域附近;(2)受冰晶繁生过程影响,冰晶和霰粒子数浓度增大,同时霰粒子与冰晶之间碰撞概率随之增大,碰撞次数增多,均导致非感应电荷转移量增加,非感应起电率增大,使得雷暴云内垂直电场值均比未加入繁生过程时要大,较强的垂直电场值出现的时间提前约4-5min;(3)通过分析改进后模式的模拟结果,发现较强上升气流是产生雷暴云内强电场的重要因素之一;在雷暴云发展成熟之后,由于上升气流迅速减弱以及云内较大水成物粒子下落所产生的拖曳力,使得云内下沉气流速度最大值增加,导致雷暴云内正负电荷区垂直高度下降,因此更容易发生地闪放电;(4)模式改进后能模拟出闪电通道的双向先导和分叉结构。通过对比放电参数化方案中两种不同的通道扩展方案所得出的三维闪电通道,发现:本模式中使用“Pos”和“Ran”两种参数化方案均能模拟出拥有双向先导和分叉结构的闪电通道。“Pos”参数化方案在通道点选择上由于受到雷暴云内电场影响,有时会使得闪电通道垂直发展不充分,而趋向于在水平方向上发展,通道分枝结构较"Ran"方案少:“Ran"参数化方案在通道点的选择上则不受雷暴云内电场影响,在满足条件的点中随机选取,使得闪电通道的垂直延伸范围更大,分枝结构丰富。
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