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《雷暴云不同空间电荷结构数值模拟研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。
1、第22卷第3期高原气象Vol.22No.32003年6月PLATEAUMETEOROLOGYJune,2003文章编号:1000-0534(2003)03-0268-07雷暴云不同空间电荷结构数值模拟研究郭凤霞,张义军,郄秀书,言穆弘(中国科学院寒区旱区环境与工程研究所,甘肃兰州730000)摘要:利用一个三维时变双参数动力电耦合模式对决定雷暴云空间电荷结构的三个初始场:反转温度、中心最大扰动位温和扰动区域进行模拟对比研究。结果表明,选取不同的参数值,雷暴云电结构有很大差异,从而解释了在不同地区、季节、强度的雷暴云中所观测到得不同的空间电荷结构
2、的原因。关键词:雷暴云;数值模拟;电荷结构;反转温度;中心最大扰动位温;扰动区域+中图分类号:P427.321文献标识码:A1引言2模式简介长期以来,雷暴云内空间电荷被认为是一个垂三维强风暴动力电耦合数值模式是一个三维时直的双极性或三极性结构,即雷暴云上部-25e~变积云动力和电过程数值模式。由大气运动方程、-60e为正电荷分布区,-10e~-25e为负电热力学能量方程、水成物质量连续方程和水成物电荷层,有时在负电荷层下部0e附近还有一个小的荷方程等构成的闭合方程组。考虑了云水、冰晶、[1]正电荷区。雨、雪、霰和雹等水成物之间的26种微物理转换
3、过越来越多的研究表明,在实际的雷暴云中其电程,5种水成物电荷产生过程,即5种目前发展较结构远比上述垂直分布的偶极型或三极性电荷结构成熟的雷暴云起电机制:正负离子扩散、电导起复杂得多,除了主正、负电荷区和底部的小的正电电、感应和非感应及次生冰晶起电机制。与一般积荷区外,电荷结构也会发生倾斜,也可能呈现多层云模式不同之处是考虑了电场力对宏观场和微观场[2]正负极性电荷层互相交替的结构,也会有反极性的作用,从而多了一组电参量方程,即引入了各项[3,4]的电荷结构出现,而且不同极性的电荷也可能水成物电荷浓度变化方程,并在运动方程中引入电出现在同一高度。
4、此外,不同季节、地区的雷暴特场力。此外,在水成物粒子降落末速度公式中,还征也不完全一样。我国南方地区多观测到正偶极电考虑了计算电场力的影响。粒子分布采用/双参数荷结构,北方地区多观测到三极性电荷结构,青海方案0。本模式能够模拟出雷暴云发展的基本宏观高原地区多反电偶结构,但也有正常结构。所以即和微观特征,并且能很好地描述出雷暴云中电荷时使在同一纬度,但不同地区、不同季节、不同的环空分布的变化特征。模式方程、概念和计算框架见流形式及不同扰动温度形成的雷暴云也各不相同。文献[10]。该模式中选取热泡启动方式,该启动方模式研究是与实际观测相互补充的一项
5、重要研式是在模拟域低层加一有限范围的正位温扰动场,[5][6][7,8]究手段。Takahashi、Chiu、言穆弘等和通过垂直运动方程的浮力项来建立初始对流,模式[9]Helsdon等都利用二维模式讨论了雷暴中电结构中采用如下的位温扰动函数:的形成原因。引起雷暴云内电结构的因素众多,本1/22Pxxc2+yyc2+zzc2$Hccos()()(),文将利用一个三维强风暴动力电耦合模式对其中几2xryrzr个优势因素对雷暴云电结构的影响进行数值模拟研$H=2xxc2yyczzc2当()++()[1究,讨论不同电荷结构形成的原因。xryrzr0,
6、其余点收稿日期:2002-12-27;改回日期:2003-01-21基金项目:国家自然科学基金/十五0重点项目(40135010);中国科学院知识创新工程重要方向项目(KZCX2-201);中国科学院寒区旱区环境与工程研究所创新项目(210037)共同资助作者简介:郭凤霞(1977)),女,甘肃平凉人,硕士研究生,主要从事大气电学研究.E-mail:aguo_fx@sina.com3期郭凤霞等:雷暴云不同空间电荷结构数值模拟研究269其中,x-3[14]c,yc,zc是扰动场中心坐标,xr,yr,zr分m)。Dye等通过8次穿云观测电荷分布,得
7、别是扰动区在三个坐标方向的半径,$Hc是中心最到Tr=-11e~-13e(相应LWC=0.25~0.40大扰动位温值。设定模式计算区域为36km@36g#m-3)。显然不同反转温度的选取会得到不同的km@19km,格点数为36@36@38,水平格距为1.电荷结构。Randell等[15]利用非感应起电机制对不0km,垂直格距为0.5km。扰动区中心坐标为同对流不稳定能量的雷暴起电过程进行了数值模(18,18,34),将一次理想的探空资料插值后作为拟,计算结果发现,雷暴电结构主要依赖于电荷反模式的初始场,一次雷暴云发展的模拟总时间为60转高度的配
8、置。我们设置了两个个例,在相同的条min。件下分别取反转温度为-10e和-20e来研究反转温度对雷暴云空间电结构的可能影响。3数值试验表1是两个个例中
