上行闪电触发以及传播的数值模拟

来源 :南京信息工程大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:niuyq888
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本论文主要工作有两部分,第一部分是建立上行闪电放电参数化方案,通过建立不同的雷暴云电荷结构分布产生不同的雷暴云空间电荷背景,定量探讨了建筑物高度对上行闪电的触发和先导入云后的传播特征的影响,雷暴云底部次正电荷分布特征对上行闪电极性的影响。第二部分是把上行闪电放电参数化方案加入已有的二维雷暴云起、放电模式,分析相对位温扰动因子ch对上行闪电产生的影响。文章的主要结论。(1)选用偶极性的雷暴云电荷结构进行模拟,模拟的上行闪电都为负极性上行闪电,在闪电起始阶段主要垂直向上发展,闪电分支比较少;到达2公里左右后,闪电开始出现大量的分支;建筑物高度对上行闪电的触发起了关键作用,建筑物越高,触发上行闪电所需要的空间背景电场就越小、越容易触发上行闪电。建筑物高度还对上行闪电传播具有一定的反作用,由于建筑物高度增加,触发上行闪电所需的背景电场就降低了,相应的云中负电荷区的电荷量降低,所以模拟出的上行闪电的水平和垂直传播距离都有所减小、通道的分形维数变小、通道传播的总长度也逐渐减小。(2)在模拟区域内加入一个三极性电荷结构模型,对上行闪电启动条件进行一些修改,通过大量的模拟实验发现:底部次正电荷区对上行先导的传播有一个屏蔽作用,当次正电荷区中心与主负电荷区中心水平距离小于1600米时,上行先导只能传递到此正电荷区内,不能再向上传播;当主负电荷区与次正电荷区的水平距离在1600~2700米之间时,即便没有反冲流光作用产生异极性电荷,上行先导发展到某一时刻也能发生极性反转,并且传递到上方的主负电荷区内形成双极性的上行闪电。上行先导的极性反转垂直高度在一定范围内波动,随着次正电荷区的电荷量增加,上行先导极性反转所到达的垂直高度有所增加。(3)将上行闪电的放电参数化方案加入已有的雷暴云二维随机起、放电模式。模拟完整雷暴发展过程中上行闪电的发展,得到以下结论:1)通过三组模拟放电实验,只有一组实验中出现了上行闪电,出现的时间为41.9min,发生在闪电的成熟阶段,两分钟之前出现了一次云闪过程,本次上行闪电被定义为被触发的上行闪电。2)根据不同时刻的电荷分布图我们可以看到本次上行闪电的触发是由于雷暴的发展以及云闪的作用增加底部次正电荷区堆积的正电荷,从而对增强了地面电场强度,触发上行闪电。3)通过敏感性实验,发现当相对位温扰动(ch)值越高,雷暴云中对流越强烈,云闪和地闪次数越多,而上行闪电并没有随之增多。
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