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中低层水平风速对雷暴云微物理、电活动的影响

作　者: 刘冰
导　师: 郭凤霞
学　校: 南京信息工程大学
专　业: 雷电科学与技术
关键词: 雷暴云中低层水平风速微物理过程电活动降水
分类号: P446
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

为了进一步认识中低层风速对雷暴云动力、微物理过程、电活动和降水特征的影响,本文利用三维雷暴云动力电耦合模式,对不同中低层水平风速情况下雷暴的发展特征进行了敏感性试验。文中先对比分析了中层、低层水平风速增大对云内起电和放电、微物理过程及降水的影响,以地面至1.5km高度为低层,1.5km至5.84km高度为中层,在这两个高度层内分别设置了四个算例,四个算例的风速比例大约为0:1:2:4；而后分析了中低层水平风速变化时微物理变化与电活动的关系,以地面至5.84km高度为中低层高度,风速在整个中低层范围内同时变化,比例大约是0:1:2:4。风速设置可以代表一般的天气情况。模拟结果表明,在雷暴云发展初期,低层水平风增强比中层水平风速增大更不利于霰、冰晶粒子的生长。而在雷暴云发展后期,中层、低层水平风对冰晶粒子影响差异较小,但较强的中层水平风将使霰粒子粒子尺寸和数量更小。低层水平风速增长不会影响达到降水率峰值的时间,风速变化将使液态降水分布范围扩大,固态降水分布的改变则很小。中层水平风增强时,液态降水率峰值可能提前到来,对固态降水率则没有影响,固态、液态降水区域中心更易发生明显偏移。中层、低层水平风速改变时,液态降水总量的变化情况相反,低层水平风很弱时将更有利于液态降水；固态降水都将先增加后减少。中层、低层风在一定范围内增强时,将有利于闪电的发生,但均不能过强,否则将不利于闪电的形成。当中低层整层水平风速增大,雷暴云内粒子生长受到抑制,云内起电过程将变得缓慢,起电区域发生转移,更长的起电时间使云内产生更大的电场、发生更剧烈的放电过程,但若风过强,云内电场将被严重抑制而不发生放电,中等强度风最有利于闪电发生。中低层水平风速在一定范围内增长将使降水增多,但若风场过强,降水将减少。结果表明中低层水平风对雷暴云活动影响显著,在对雷暴云体的活动规律、闪电与降水的发生、发展机制和雷暴云各活动间相关关系的研究中应当综合考虑它对云内动力、微物理过程的影响。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-7
第一章绪论  7-12
  1.1 选题意义  7
  1.2 国内外研究进展  7-10
    1.2.1 环境风对雷暴云活动影响的观测研究  7-8
    1.2.2 环境风对雷暴云活动影响的模拟研究  8-10
  1.3 本文主要研究内容  10-12
第二章模式及微物理过程参数化简介  12-20
  2.1 粒子谱及其特征量  12-13
  2.2 微物理过程参数化  13-20
    2.2.1 暖云微物理过程参数化  15
    2.2.2 冰相微物理过程参数化  15-20
第三章中层、低层水平风速变化对起电和放电的影响  20-36
  3.1 模式初始场及研究方法  20-21
    3.1.1 模式初始场  20
    3.1.2 研究方法  20-21
  3.2 雷暴云对流演变特征  21-22
  3.3 中层、低层水平风速对电活动影响的对比  22-35
    3.3.1 非感应起电过程的变化  22-30
    3.3.2 电荷结构的演变情况  30-33
    3.3.3 垂直电场特征  33-34
    3.3.4 放电特征  34-35
  3.4 本章小结  35-36
第四章中层、低层水平风速变化对微物理过程及降水的影响  36-47
  4.1 微物理过程的变化  36-39
    4.1.1 微物理过程转换量  36-37
    4.1.2 主要转换量随时间的变化特征  37-39
    4.1.3 各种参量累积总量  39
  4.2 固态、液态降水变化对比  39-42
    4.2.1 固、液态降水率  39-41
    4.2.2 固、液态降水量  41-42
  4.3 降水分布变化对比  42-46
    4.3.1 液态降水分布  42-44
    4.3.2 固态降水分布  44-46
  4.4 本章小结  46-47
第五章雷暴云内微物理过程与电活动的关系  47-61
  5.1 模式初始场及研究方法  47
  5.2 云内对流的改变  47-48
  5.3 云内微物理量变化  48-53
    5.3.1 霰和冰晶累积转换量演变特征  48-49
    5.3.2 霰和冰晶生长及分布  49-52
    5.3.3 霰和冰晶下落末速度  52-53
  5.4 电活动的演变特征  53-58
    5.4.1 非感应起电过程  53-57
    5.4.2 放电情况  57-58
  5.5 降水与电活动的关系  58-59
    5.5.1 降水变化  58-59
    5.5.2 相互关系分析  59
  5.6 本章小结  59-61
第六章总结与展望  61-63
  6.1 主要结论  61-62
  6.2 论文创新点  62
  6.3 工作展望  62-63
参考文献  63-67
作者简介  67-68
致谢  68

中低层水平风速对雷暴云微物理、电活动的影响

内容摘要

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