冰晶核化對(duì)雷暴云電活動(dòng)影響的數(shù)值模擬研究.pdf

1、為了探討冰晶核化對(duì)雷暴云閃電行為的影響，結(jié)合一次真實(shí)的雷暴云個(gè)例，通過(guò)已有的三維對(duì)流云起、放電模式探討對(duì)比了三種冰晶核化方案，分別為原模式中的經(jīng)驗(yàn)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(guò)程，尤其是冰晶的微物理過(guò)程、起電特征、放電結(jié)果的差異性以及給出相應(yīng)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(jìn)行后續(xù)氣溶膠濃度改變對(duì)雷暴云閃電行為影響的敏感性實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步研究討論不同氣溶膠

2、背景下冰晶微物理過(guò)程、起電特征及放電結(jié)果之間的差異，從而給雷暴云宏觀(guān)表現(xiàn)和微觀(guān)物理特征之間關(guān)系的研究提供一個(gè)更好的背景，為后續(xù)研究不同氣溶膠種類(lèi)、粒徑等如何影響雷暴云電過(guò)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(guò)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(shí)際觀(guān)測(cè)更為符合，數(shù)值較大，高溫區(qū)也會(huì)有一定數(shù)量級(jí)的冰晶產(chǎn)生，同時(shí)高溫區(qū)的冰晶在非感應(yīng)起電過(guò)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(shí)際觀(guān)測(cè)一致。
　　(2)冰晶核化通過(guò)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(lèi)型，電荷強(qiáng)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(jìn)了負(fù)地閃的產(chǎn)生;同時(shí)新的方案中產(chǎn)生的冰晶更多，最終導(dǎo)致雷暴云電荷結(jié)構(gòu)也更強(qiáng)，因此云內(nèi)閃電活動(dòng)更強(qiáng)，正、負(fù)先導(dǎo)的傳播次數(shù)普遍大于YS方案，且負(fù)先導(dǎo)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(duì)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(duì)于冰晶的垂直分布影響不大。當(dāng)氣溶膠濃度增加時(shí)，冰晶的比含水量也隨之增加，當(dāng)氣溶膠濃度增加到2000時(shí)，冰晶比含水量反而呈現(xiàn)下降趨勢(shì);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(dāng)氣溶膠濃度進(jìn)一步提升時(shí)，冰晶的平均混合比保持穩(wěn)定，非感應(yīng)起電率之間的差別也不大。當(dāng)氣溶膠