冰粒子相对增长及中低层水汽对雷暴云微物理及电过程的影响

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为了深入认识不同条件或不同区域中冰相粒子相对增长状况以及中低层温湿层结对雷暴云内非感应起电过程的影响,本文将基于Saunders等(1991)实验室结果的非感应起电参数化方案引入到所采用的三维强风暴动力-电耦合数值模式中。通过模拟一次典型雷暴过程,分析了雷暴云成熟时期不同时刻霰粒子和冰晶的相对增长状况,并与相应时刻的霰粒子-冰晶之间的非感应起电作对比,分析了不同的水汽与温度条件下,冰相粒子相对增长状况对非感应起电的影响。接着,在不改变其它条件的情况下,仅改变理想初始场中低层的露点温度,进行中低层不同水汽条件的敏感性试验,模拟分析了不同中低层水汽对雷暴云发展及非感应起电的影响。得到的主要结果如下:(1)云内霰粒、冰晶的相对增长与源汇项关系密切,不同温度、液水含量条件导致霰粒、冰晶通过不同的微物理过程增长或消耗,粒子的产生和消耗同时影响着粒子的增长状况;(2)霰粒和冰晶的增长都受到温度、液水含量条件改变的影响,进一步说明即便是细微的温度或液水含量条件差异都显著地影响着两类粒子的相对增长快慢;(3)霰粒、冰晶粒子在共存区域中碰撞分离从而转移电荷,两类冰相粒子相对增长快慢决定了粒子在非感应起电中所带极性,生长更快的粒子荷正电,生长更慢的粒子荷负电;(4)敏感性实验中设置不同的中低层温湿层结,中低层大气愈为暖湿,则大气层结最不稳定,最易发生强对流,雷暴云更能够迅速的组织发展,最大上升风速发展更快且雷暴云发展持续时间更长;(5)中低层湿度愈大,提供更多充足的水汽会给雷暴云内粒子的生长提供充足的液水含量,使微物理过程维持更久更为活跃,愈加有利于雷暴成熟期的延长从而增强起电活动;更强的上升速度和充足的水汽可以产生更多的对闪电起电、放电直接影响的冰相物并能使其持续生成,从而形成较大的电荷浓度,中低层湿度对放电的影响明显而对固、液态降水强度影响较弱。
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