地闪近地面形态特征的数值模拟.pdf

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1、第26卷第2期应用气象学报VolJ26，No．22015年3月JOURNALOFAPPLIEDMETEOROLOGICALSCIENCEMarch2015谭涌波，张冬冬，周博文，等．地闪近地面形态特征的数值模拟．应用气象学报，2015，26(2)：211—220doi：10．11898／1001-7313．20150209地闪近地面形态特征的数值模拟谭涌波”张冬冬"周博文D师正D陈之禄"陈超”(南京信息工程大学气象灾害预报预警与评估协同创新中心，南京210044)(南京信息工程大学中国气象局气溶胶与云降水重点开放实验室，南京210044)摘要该文在已有

2、闪电随机放电参数化方案的基础上，截取近地面区域，保持闪电其他基本参数不变，通过改变闪电的空间形态，对同一背景下的闪电进行多次模拟，研究闪电近地面空间形态的差异对闪电击地点位置、上行先导长度、上行先导触发时下行先导的尖端位置及连接过程形态等参数的影响，并探索闪电参数之间的相关性。结果显示：闪电近地面空间形态会使上行先导长度在77~609m区间内变化，大部分集中在100200rn，也会使上行先导触发时下行先导的尖端位置分布在建筑物上空的一个椭球形空间内。同时，闪电近地面空间形态的差异也会使地闪连接形态呈多样性。另外，近地面闪电下行先导长度与上行先导长度有一

3、定的线性相关性，而其他闪电参数相互之间的相关性较弱。这不仅可以加深对闪电空间形态不确定性的理解，同时也对以后的模式建立有一定借鉴意义。关键词：随机性参数；连接过程；空间形态体的尖端及拐角处，但也有一定的概率击中相对较引言矮的物体或建筑物附近的地面。Hartono等在马来西亚经过l0年对同一个建筑物群进行击地点闪电是大气中常见的一种放电现象，包括云闪观测，共记录了241次地闪活动，发现超过8O闪和地闪。由于地闪具有大电流、强电磁辐射等特征，电击地点出现在高大建筑的拐角和尖端处，而击中通常会给人类的生产生活带来很大影响l_1]。利用其他位置的闪电出现概率较

4、小。另外，地闪连接过高速摄像机等一系列高精度观测仪器对地闪观测发程也存在差异性。Lu等在广州进行长达6年的现，一次地闪过程通常非常复杂，其中包括了一系列闪击高大建筑物的野外观测试验，利用高速摄像机子过程。闪电实际观测结果也显示，不同闪电空间拍摄了大量关于地闪连接过程的资料，发现上行先形态差异很大，至今尚未观测到两次传播路径一致导与下行先导的连接过程也有多种不同情况。同时的闪电。对于闪电空间形态的模式研究工作开展得通过对闪电上行先导长度的反演，发现上行先导长还不多。早在十几年前，Mansell等基于随机介度的变化范围较大，具有很大的不确定性，且上行先质击

5、穿模式，提出了一套闪电放电参数化方案，很好导的长度与其触发高度有一定关系，warner[。对闪地模拟出闪电的弯曲、分叉结构和闪电空间形态的电观测结果也显示了上行先导长度不确定性。不确定性，极大促进了模式工作的发展，现在对于闪Horvathl1。。很早就提出了引雷空间的概念，认为闪电的模拟大多也采用了这种方案。电形态虽然随机，但发展到距离物体一定距离后会观测发现，闪电的一些参数同样会存在不确定被该物体吸引并击中物体，之后有一些学者“在此性。就闪电击地点位置来说，闪电更易击中高大物基础上对引雷空间进行优化。2O14—09—11收到，2014—12-31收到

6、再改稿。资助项目：国家重点基础研究发展计划(2014CB441403)，国家自然科学基金项目(41175003，41475006)，江苏高校优势学科建设工程资助项目(PAPD)email：ybtan@UStC．edu212应用气象学报第26卷针对观测到的闪电参数不确定性，众多学者对通道的双层分叉结构和正、负云地闪。本文采用已其进行了一系列模式研究工作。Xu等口通过模拟有的随机放电参数化方案_2。对近地面地闪的发展比较了垂直向下发展的闪电和弯曲向下发展的闪电和连接过程进行模拟研究，认为无论上行先导，还是之间的差异，认为闪电的空间形态会对闪电先导电下行先导

7、的传输均由通道尖端与周围环境的电位来荷分布、电晕鞘半径、先导尖端电位等闪电参数产生决定，只要超过某一阈值，通道会发展，根据Eriks—影响。Vargas等。比较了有分支的闪电形态和无son的观测结论，认为近地面闪电只会向下或水分支闪电形态之间的差异，认为闪电形态差异会对平发展，而不会向上发展。通道周围电场、先导电位、平均先导电流等闪电参数1．1．1，先导传播方案产生影响。另外，Vargasl_1]也对击地点位置进行研设定上行先导的传播方案与下行先导的传播方案仅有方向上的区别。以下行先导传播为例(图究，在复杂地面情况下，结果与Hartono等_4观测1)

8、，实线表示已有的闪电通道，通过计算通道周围的结果类似。任晓毓等L1。、李丹等[17-18模拟闪