降水退屏蔽作用及反极性电荷结构下正地闪发生条件的模拟

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由于正地闪发生的稀有性和观测的困难性,计算机数值模拟对于正地闪的研究有着其独特的优势。对于正地闪成因的研究前人进行了很多猜测和验证,但对于雷暴单体中降水退屏蔽作用和正地闪之间的关系缺少相应的数值模拟验证。因此本文化繁为简,通过建立理想的雷暴单体电荷模型,结合已有的放电参数化方案,用实验结果验证了这一假设。实验结果表明,雷暴单体中,发生降水时,引起的雷暴云中负和下正电荷区高度下降以及电荷密度的减小会使雷暴云中电场和电势的分布发生变化。当中负和下正电荷区的高度降低时,模拟域内最大场强降低,最大场强处电势增大,最大场强处和地面之间电势差增大,使正先导更容易发展到地面形成正地闪。当中负和下正电荷区的电荷密度减小时,模拟域内最大场强降低,最大场强处电势的绝对值先减小后增大,在电势增大过程中最大场强处和地面之间电势差增大,正先导也更容易发展到地面形成正地闪。因此,雷暴单体中降水退屏蔽作用对正地闪的发生是有利的。此外,强雷暴中反极性电荷结构对于正地闪的产生起到的作用已经有观测和实验结果支持。本文通过建立相应的模型,着重研究了反极性电荷结构中下部次负电荷区域的变化对于正地闪的影响。考虑的下部次负电荷区域的可变化参数包括:电荷密度、水平范围、厚度、上下相对位置以及左右相对位置。通过控制变量法研究不同参数的改变对于正地闪产生的影响。模拟实验结论如下:1)下部次负电荷区域的电荷密度在一定范围内的增大是有利于正地闪的产生的。2)下部次负电荷区域的水平范围半径在一定范围内的增大有利于正地闪的发生。3)下部次负电荷区域的厚度在一定范围内的增大有利于正地闪的发生。4)下部次负电荷区域和上部电荷区域之间的相对间距越小,越容易产生正地闪。5)下部次负电荷区域和上部电荷区域之间的相对偏移越小,越容易产生正地闪。
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