重庆地区一次雷暴云电过程及其对初始云滴浓度响应的数值模拟研究

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本文采用耦合了Saunders和Takahashi两种非感应起电参数化方案的RAMS (Regional Atmospheric Modeling System)模式,对2010年7月15日发生在重庆地区的一次雷暴过程进行模拟。首先,对比分析了两种起电参数化方案下电荷开始分离时和雷暴云发展到成熟阶段时的水成物粒子的分布、所带电荷密度、以及雷暴云电荷结构分布。模拟结果表明,在雷暴云发展到成熟阶段时,两种起电参数化方案结果都呈现出正偶极性的电荷结构。在Saunders起电参数化方案下,雷暴云的电荷结构从起电到放电都呈现偶极性特征,而Takahashi参数化方案下,雷暴云的电荷结构则由反偶极性发展成正偶极性。其次,讨论了云滴数浓度对雷暴云电荷的影响。敏感性试验表明,增加云滴初始浓度,云滴和聚合物粒子浓度增加,霰粒子呈现出先增大再变化缓慢然后再减小的趋势。雷暴云电荷结构没有发生极性转换,但电荷量也呈现出先增大再变化缓慢然后减小的趋势。通过分析微物理量场和微物理过程,发现随着云滴初始数浓度增加,冰相粒子质量混合比增加。然后,对比研究了在两种非感应起电参数化方案下改变云滴数浓度对雷暴云的影响。其中,在Saunders参数化方案下,电荷量的变化与霰粒子的变化一致性更好;在电荷区域的空间分布上,Takahashi参数化方案下霰与电荷分布区域在水平方向上一致性较好,Saunders参数化方案下霰与电荷分布区域在垂直方向上一致性较好。在Saunders起电参数化方案下,当云滴初始数浓度大于2000cm-3。时,电荷量变小,此时霰粒子质量混合比也减小。验证了CCN的变化影响了微物理过程,从而影响雷暴云的电荷分布以及闪电的发生,尤其是冰相物质的变化显著影响了雷暴云的起电过程。
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