大气冰核浓度对雷暴云电过程影响的数值模拟研究

论文摘要

为探讨不同冰核浓度-温度谱对雷暴云微物理、起电及电荷结构的影响,本文利用已有的二维积云模式,结合一次山地雷暴个例,选取了三种经典的冰核谱进行数值模拟实验。在此基础上,为详细讨论不同冰核浓度对雷暴云电过程的影响,选取了一种与气溶胶浓度有关的DeMott核化方案,并将其分别植入二、三维云模式中,通过改变气溶胶浓度来控制冰核浓度,以此分析不同冰核浓度对雷暴云微物理、起电、电荷结构、降水以及闪电频次的影响。结论如下:（1）不同的冰核谱环境对雷暴云中冰相粒子的含量及分布具有明显作用。冰核谱的垂直温区越大,产生的冰相粒子分布越广。在冰核浓度较大的个例中,冰晶和霰粒子的含量高,更多的小冰相粒子出现在海拔更高的区域;（2）高温区冰核的数量会对上升气流速度产生显著影响。高温区的冰核越多,冰相粒子在微物理发展过程中释放的潜热越多,上升气流强,对流发展越旺盛;（3）在低温区冰晶浓度高的谱环境个例中,雷暴云中的非感应起电率和感应起电率高,导致起电量增加。高温区冰核多的谱环境,大量冰晶和霰获得正电荷形成次正电荷区,电荷结构呈现三极性;而高温区冰核少的谱环境,参与起电的水成物粒子少,易形成偶极性电荷结构。（4）随着冰核浓度的增加,冰晶和霰粒子的含量增多,释放大量潜热,上升气流发展旺盛。但由于云中水汽有限,冰相粒子尺寸减小。冰核数目增多,异质核化过程增强,同质核化产生的冰晶含量减少。同时云滴、雨滴含量减少。（5）冰核数目增加,中低层的冰相粒子增多,起电过程增强,次正电荷区的电荷密度增大。主正、负电荷区由于粒子尺寸较小,碰撞效率低,其电荷密度呈减小趋势。（6）当气溶胶浓度超过5000 cm-3后,上升风速超过10 m s-1,强上升气流快速把云水带到冻结层,加速冰相粒子形成,导致起电过程提前,电荷结构提前形成。（7）随着冰核浓度的增加,地面累积降雨量减少,闪电频次增加,云、地闪的首次发生时间逐渐提前。

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摘要

Abstract

第一章绪论

1.1 研究目的及意义

1.2 国内外研究进展

1.3 本论文的主要研究内容

第二章模式介绍

2.1 模式介绍

2.1.1 微物理参数化方案

2.1.2 起电参数化方案

2.1.3 放电参数化方案

2.2 冰晶核化方案

2.2.1 同质核化方案

2.2.2 三种冰核浓度-温度谱方案

2.2.3 与气溶胶浓度有关的异质核化方案

2.3 背景场介绍

第三章大气冰核谱对雷暴云微物理及起电过程的影响

3.1 不同冰核谱对雷暴云微物理特征的的影响

3.2 不同大气冰核谱对雷暴云起电过程的影响

3.3 本章小结

第四章大气冰核浓度对雷暴云微物理及起电过程的影响

4.1 不同冰核浓度对雷暴云微物理过程的影响

4.2 不同冰核浓度对雷暴云起电过程的影响

4.3 不同冰核浓度对雷暴云电荷结构的影响

4.4 本章小结

第五章三维云模式下的敏感性试验结果

5.1 不同冰核浓度对降水的影响

5.2 不同冰核浓度对闪电频次的影响

5.3 本章小结

第六章结论与展望

6.1 主要结论

6.2 论文创新点

6.3 不足与展望

参考文献

作者简介

致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 王梦旖

导师: 谭涌波,师正

关键词: 冰核谱,冰核浓度,冰晶,电荷结构,数值模拟

来源: 南京信息工程大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 气象学,气象学

单位: 南京信息工程大学

分类号: P446;P427.3

DOI: 10.27248/d.cnki.gnjqc.2019.000228

总页数: 64

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