北京地区冰雹云的微物理与电过程的数值模拟.pdf

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1、中国科学技术大学硕士学位论又北京地区冰雹云的微物理与电过程的数值模拟作者姓名：学科专业：导!J币姓名：完成时间：张闯创大气物理学与大气环境马明副教授二O一三年五月UniversityofScienceandTechnologyofChinaAdissertationformaster’SdegreeTheNumericalSimulationofProcessofMicrophysicsandElectrificationinHailstormofBeijingAuthor’SName：ChuangchuangZhangSpeciality：Atmos

2、phericPhysicsandAtmosphericEnviromentSupervisor：A．Prof．MingMAFinishedtime：May,2013中国科学技术大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成果。除已特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了明确的说明。作者签名：辨签字日期：三塑笠主一中国科学技术大学学位论文授权使用声明作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者授权中国科学技术大学拥有学位论文的

3、部分使用权，即：学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入《中国学位论文全文数据库》等有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。本人提交的电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。乒压开口保密(——年)作者签名：签字日期：型訇剑塑!!：』墨盟越摘要本论文采用改进后的二维雷暴云起电、放电数值模式模拟了北京地区12次雹暴天气过程，研究北京地区冰雹云的微物理过程和电过程，对于模拟结果主要做了以下几个方面的分析：1)统计了12个个例结果

4、中的动力、微物理以及闪电特征值，分析闪电频次与降雹的关系；2)通过个例(040622)详细分析了雹暴过程中动力、微物理过程及闪电活动的时空演变过程，研究了闪电频次与降雹相关性的物理机制：3)结合闪电探测资料与模拟结果对比分析，进一步检验和分析了闪电频次与降雹的关系；4)通过模拟雹云个例(040623、040704)闪电通道的时空分布，加深了对云内电荷结构配置如何影响闪电发生、发展及其极性的认识。本论文取得如下主要研究结果：1．改进后的雷暴云起电、放电数值模式较好地模拟了雹云宏微观过程和起电、放电过程。通过对模拟闪电频次变化过程以及降雹过程分析表明：在雹

5、云快速发展阶段，闪电频次存在“跃增”现象，模拟个例中有4个个例的结果表示闪电频次峰值时刻提前于降雹过程，平均提前8min，有11个个例的模拟结果表示闪电频次峰值时刻提前于降雹峰值时刻，平均提前8min。2．通过对040622个例的冰雹云动力、微物理以及电过程的分析可知，闪电频次之所以发生“跃增”，是云内的动力、微物理过程综合作用的结果，“跃增”前冰品与霰的比水量都发生了“跃增”现象，它们的碰撞速度同时增大，此时非感应起电机制发挥作用，起电过程迅速加强，云内电荷浓度快速增强，云内电场也迅速增长并且维持较强电场，电场强度高过放电阈值产生放电现象，因此造成闪

6、电频次的“跃增”。3．通过实测资料与模拟结果的闪电总体特征以及闪电频次变化特征对比，发现：在总体上，模拟的闪电发生次数要小于实际发生的次数，但地闪占总闪的百分比和正地闪占地闪百分比，模拟和实测资料表现一致，模拟的降雹时间段与实际的降雹时间段也表现一致。对于闪电频次变化对比，模拟与实测在某些方面表现一致，例如有些个例表现出相同的变化趋势，多次出现峰值时刻；闪电频次在降雹前都发生“跃增”现象，闪电频次的峰值时刻提前与地面降雹时刻。4．云内电荷浓度强弱、结构分布影响着闪电的发生发展以及闪电极性，通常电荷浓度越高、分布范围越广，则闪电通道发展的范围也越广；云内

7、通常存在多层电荷结构，每一层电荷结构的强弱影响着闪电发生的位置，从而导致呈现出不同闪电放电特征，本文模拟结果表明雹云发展过程中云内电荷结构为偶极性或三极性，参与放电的多为上部主正电荷和中部主负电荷I摘要区，为正极性云闪，随着雹云整体高度的降低，底部次正电荷区域逐渐增大增强，出现中部的负电荷区与下部的次正电荷区之间放电，产生了反极性云闪。关键词：数值模拟冰雹云微物理过程闪电电荷结构IIAbstractABSTRACTInthispaper,inordertostudytheprocessesofmicrophysicsandelectrification

8、inhailstorm，Weuseda2-dimensional(2D)Thunderstor