冰晶核化對雷暴云電活動影響的數(shù)值模擬研究.pdf

1、為了探討冰晶核化對雷暴云閃電行為的影響，結(jié)合一次真實的雷暴云個例，通過已有的三維對流云起、放電模式探討對比了三種冰晶核化方案，分別為原模式中的經(jīng)驗公式Y(jié)S方案及與氣溶膠相關(guān)的DE方案和LP方案，探討不同冰晶核化方案下雷暴云微物理過程，尤其是冰晶的微物理過程、起電特征、放電結(jié)果的差異性以及給出相應的物理解釋和定量分析。選取出更為合理的冰晶核化參數(shù)化方案DE方案進行后續(xù)氣溶膠濃度改變對雷暴云閃電行為影響的敏感性實驗，進一步研究討論不同氣溶膠

2、背景下冰晶微物理過程、起電特征及放電結(jié)果之間的差異，從而給雷暴云宏觀表現(xiàn)和微觀物理特征之間關(guān)系的研究提供一個更好的背景，為后續(xù)研究不同氣溶膠種類、粒徑等如何影響雷暴云電過程提供參考。主要成果如下:
　　(1)冰晶核化參數(shù)化方案直接影響冰晶的微物理過程，與氣溶膠相關(guān)的DE方案和LP方案下冰晶的垂直空間分布特征與實際觀測更為符合，數(shù)值較大，高溫區(qū)也會有一定數(shù)量級的冰晶產(chǎn)生，同時高溫區(qū)的冰晶在非感應起電過程中出現(xiàn)極性反轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，使得最終

3、雷暴云電荷結(jié)構(gòu)在旺盛期表現(xiàn)為三極性，與實際觀測一致。
　　(2)冰晶核化通過影響雷暴云電荷結(jié)構(gòu)改變閃電放電特征，雷暴云電荷結(jié)構(gòu)決定閃電類型，電荷強度決定閃電頻次。由于新加入的兩種冰晶核化參數(shù)化方案中電荷結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)三極性，底部出現(xiàn)次正電荷區(qū)，這促進了負地閃的產(chǎn)生;同時新的方案中產(chǎn)生的冰晶更多，最終導致雷暴云電荷結(jié)構(gòu)也更強，因此云內(nèi)閃電活動更強，正、負先導的傳播次數(shù)普遍大于YS方案，且負先導在較低的高度范圍內(nèi)傳播，傳播的空間范圍更大;由

4、于電荷結(jié)構(gòu)分布區(qū)域更大，新方案中少量閃電的觸發(fā)出現(xiàn)在相對位置更高的區(qū)域。
　　(3)氣溶膠濃度的改變主要影響冰晶粒子的比含水量和數(shù)濃度，對于冰晶的垂直分布影響不大。當氣溶膠濃度增加時，冰晶的比含水量也隨之增加，當氣溶膠濃度增加到2000時，冰晶比含水量反而呈現(xiàn)下降趨勢;而冰核數(shù)濃度與氣溶膠濃度則是一直呈現(xiàn)正相關(guān)的關(guān)系，這表明冰晶尺寸是減小的。當氣溶膠濃度進一步提升時，冰晶的平均混合比保持穩(wěn)定，非感應起電率之間的差別也不大。當氣溶膠