广东一次飑线过程中雷暴单体电荷结构的数值模拟

来源 :南京信息工程大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:zhenlic0300
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以往学者们通过对地面电场的观测、地闪的主要类型以及甚高频雷电辐射源的定位结果来推断广东地区雷暴云内的电荷结构特征,认为广东地区雷暴云的电荷结构为偶极性特征。近十多年,虽然探测仪器和技术在不断发展,但未在广东地区做过更深入的研究。广州地区飑线多发,为了进一步认识我国广东地区的雷暴云电荷结构,本文利用加入了详细起放电参数化方案的WRF模式,模拟了2017年5月8日发生在广东的一次飑线过程,并选取了这次飑线过程中的强、弱两个对流单体,通过分析其成熟期的电荷结构、动力、云水含量、各水成物粒子混合比及携带电荷情况的特征,讨论了电荷结构的形成及演变机制。得到结论如下:(1)两个对流强度不同的单体,对流区成熟阶段的电荷结构起初都为典型的三极性结构,随着单体的发展,在较短的时间内,电荷结构由三极性逐渐转演变为偶极性,和以往通过观测的反推结果不同。(2)两个单体的层状云区的电荷结构都主要受到冰晶粒子带电情况的影响,因此在成熟阶段基本一直保持着偶极性的电荷结构,这部分的电荷结构和以往通过观测的反推结果一致,都为偶极性结构。(3)两个单体的对流区在成熟初期,霰粒子在有效液态水含量适中且温度较高的地方与冰晶/雪花粒子发生了非感应碰撞,因此底部霰粒子携带正电,雷暴云底部形成次正电荷区,电荷结构为三极性。(4)强对流单体的对流区在成熟后期,由于丰富的云水含量,使冰粒子的凇附过程增强,霰不断增加,冰晶和雪花不断被消耗,对流中心上部与霰共存的冰晶和雪花急剧减少,使得温度较暖的区域的大小冰粒子的非感应碰撞起电急剧减少,此处霰粒子不能再通过非感应碰撞获得正电荷,底部次正电荷区随之消失,雷暴云的电荷结构转变为偶极性。(5)弱对流单体的对流区在成熟后期,由于上升气流太弱,导致云内的液水得不到补充,使得云内水成物粒子的转化过程减弱,各水成物粒子得不到补充,这导致了雷暴云内共存的大小冰粒子减少,加上上升气流的减弱和液水的缺乏,整个非感应起电过程减弱,原有的底部正电荷区随着霰粒子的下沉融化降落到了地面,不复存在。电荷结构也演变成了偶极性。此结果和以往观测反推得到的广东地区雷暴多偶极性的结论不同,这有助于对我国南方雷暴电荷结构的深入认识。
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