云凝结核浓度对雷暴云电过程影响的数值模拟研究

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本文在原有的三维雷暴云起、放电模式的基础上,加入了一种经典的气溶胶活化参数化方案,建立了一套与气溶胶有关的雷暴云起、放电模型,选取合适的探空个例,验证了加入气溶胶活化参数化方案后模式的合理性,并在此基础上,选取了 12种气溶胶浓度进行模拟研究,深入分析气溶胶对微物理过程以及起放电过程的影响。研究显示气溶胶浓度改变对雷暴云微物理、起电及放电过程都有重要影响。结果表明:1)随着气溶胶浓度的增加,云滴的数目增多,上升风速的增加,冰晶混合比与数浓度增高,雨滴受到抑制,霰增长受到限制;2)随着气溶胶浓度的增加,非感应起电过程出现延迟,感应起电率变强,起电持续时间长且出现延迟;3)随着气溶胶浓度的增加,气溶胶浓度从50 cm-3增加到1000 cm-3过程中闪电的总闪数是增加的,而气溶胶浓度从1000 cm-3增加到8000 cm-3总闪数呈减少的趋势。随着气溶胶浓度的增加,起电过程发展相对延缓,闪电活动出现延迟,并促进了正地闪的发生,雷暴云中部与底部区域出现更多的闪电。此外,本文选取四种自动转化方案,并对微物理过程和起放电过程进行了对比分析,研究结果显示:1)色散方案与KK方案的变化趋势是大体一致的,色散方案只是弥补了部分由气溶胶引起云雨自动转化减少的效率,色散方案考虑光谱色散是对气溶胶间接影响更可靠的改善;2)胡志晋方案的非感应起电率最大,色散方案的非感应起电率比KK方案大。色散方案的感应起电率比KK方案大,且与霰分布相似的是,KK方案的感应起电率出现时间最晚,Sqvt78方案的感应起电率最大;3) Sqvt78方案的总闪数最多,负地闪最多,Sqvt78方案首次闪电发生的最早,且闪电持续的时间最长。色散方案的总闪数比KK方案多,但是KK方案的正地闪比色散方案多。色散方案和KK方案的正负地闪比例最高,Sqvt78方案正负地闪比例最低,并且正负地闪更多的发生在雷暴云的消散期间。
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