【摘 要】
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本文将一个较为成熟的气溶胶充当冰核的核化参数化方案植入到已有的模式,取代了原来使用的经验公式,建立一套与气溶胶有关的雷暴云起、放电模型;选取合适的探空个例验证了加入
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本文将一个较为成熟的气溶胶充当冰核的核化参数化方案植入到已有的模式,取代了原来使用的经验公式,建立一套与气溶胶有关的雷暴云起、放电模型;选取合适的探空个例验证了加入冰核后模式的合理性,在此基础上,深入分析了冰核对云微物理过程的影响。结合微物理过程和雷暴云起、放电机制的内在联系,探讨了雷暴云的起电特征,鉴于电荷结构对闪电行为的决定性作用,给我们初步了解冰核对放电的影响提供了可能。总之,冰核的加入为继后更为详细探讨气溶胶的物理特征对雷暴云起、放电的影响,较真实的再现雷暴云的微物理、起电过程,从而给雷暴宏、微观物理特征之间关系的研究提供一个良好的背景,同时为继后详细探讨气溶胶对放电的影响提供可能。主要研究成果如下:(1)在整个雷暴云的发展过程中加入冰核后的冰晶的分布高度、温度区间以及最大浓度值均大于原经验公式的模拟结果。通过对比国内外的相关探测和模拟结果来看新的冰核核化方案要比原经验公式得到的冰晶空间分布特征更为合理。因此,我们推断冰核核化方案能更为准确的模拟雷暴云的整个发展过程。(2)冰核的加入使除冰晶外的其它四种水成物粒子的空间分布也发生了调整,相比原经验公式的模拟结果,考虑冰核后的模式中高温冰晶数浓度高导致云中液态水提早消耗,阻止云滴的凝结增长和雨滴的长大;雨滴冻结成霰、雨滴碰并冰晶生成霰、雨滴碰并霰生成霰等多个物理过程发生变化,造成得到的霰的值小于原经验公式的模拟结果,在3-4 km左右的低纬度以下的空间分布不同于原经验公式的模拟结果;与雹的形成和增长有关的过程基本均有不同程度减弱。(3)加入冰核后,无论是固态降水量或是液态降水量,变化均很大。加入冰核后,在模拟时间内冰核核化方案模拟得到的地面累积液态降水量总小于原经验公式所得的地面累积降水量,冰核核化方案的液态降水量的最大值为7.1mm,而原经验公式的地面液态降水量为2.0 mm,并且冰核核化方案的地面累积液态降水量在70 min左右有一个从缓慢增长到突然急剧增长的趋势。此外,加入冰核后降雨滞后了大约6 min。(4)雷暴云的微物理过程和起、放电息息相关,因此微物理过程的变化,势必会导致电过程的改变。加入冰核的模式的模拟结果中,冰晶和电荷出现的更早,且起电率和电荷密度大于原经验公式的模拟结果。另外,在考虑冰核后的模式中由于在反转温度等温线下大量冰晶的存在以及冰晶垂直分布的扩展致使冰晶在正的电荷堆下出现了荷负电的情况,对应的霰在负电荷堆下出现了荷正电的情况以及极性反转现象。因此,核化方案形成的三级性电荷结构,而使用原经验所得的模拟结果则为偶极性电荷结构。冰核核化方案得到的三级性电荷分布有利于反极性云闪和负地闪的出现,但原经验公式模拟获得的偶极性电荷结构可能发展的是正常的云闪和正地闪,同时前者起电率和起电量的增加能提高闪电频次。
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