為了深入分析雷暴云閃電和降水關(guān)系的內(nèi)在機理,本文利用三維強風暴動力.電耦合數(shù)值模式對一次雷暴個例進行數(shù)值模擬,討論了垂直風速、閃電和固、液態(tài)降水的時空關(guān)系和單次閃電表征的降水量；分析水凝物粒子的微物理特征和電特征,討論產(chǎn)生閃電和固、液態(tài)降水關(guān)系差異的內(nèi)在原因。得到以下結(jié)論：(1)液態(tài)降水都占了降水的主要部分,液態(tài)降水量及其最大降水強度增加的幅度會逐漸減小,而固態(tài)降水量及其最大降水強度則快速持續(xù)增長。閃電總數(shù)一開始隨擾動位溫的增加而增加,增加到一定程度則逐漸減小。液態(tài)降水出現(xiàn)時間和峰值時間均提前于固態(tài)降水；雷暴云首次放電的時間滯后于液態(tài)降水,而閃電峰值則落后固態(tài)降水峰值或與固態(tài)降水峰值同時產(chǎn)生。閃電正、負先導通道投影集中在降水區(qū)域前緣的弱降水區(qū)；對流的增強使降水區(qū)域面積增加,降水量和降水強度也增加,但過于強烈的對流并不利于雷暴云的放電。(2)固、液態(tài)降水RPF的數(shù)值差別較大,相差達到一個量級,這是由于液態(tài)降水總量遠大于固態(tài)降水,與此同時,單位時間內(nèi)固態(tài)降水和液態(tài)降水增加的速率相近。固、液態(tài)RPF和閃電次數(shù)的擬合直線線性遞減,在單位時間內(nèi)閃電次數(shù)越多,閃電表征的降水量則越小,而固態(tài)RPF和閃電次數(shù)的線性相關(guān)性明顯好于液態(tài)RPF,可以利用固態(tài)RPF來預報閃電。(3)冰相粒子的碰并和轉(zhuǎn)化等微物理過程將更多地觸發(fā)閃電,且隨著擾動位溫的增加,上升氣流增強,生成的冰相粒子也更多,雷暴云內(nèi)的微物理過程更活躍；但是當擾動位溫達到一定值時,強烈的上升氣流將冰相粒子帶到更高的高度,減少了粒子間的碰并,因此閃電次數(shù)減小,但是雹粒子作為固態(tài)降水,其生成量仍在不斷增多,所以固態(tài)降水量持續(xù)增加。(4)電場強度的變化和閃電的發(fā)生時間比較吻合,而固態(tài)降水的不斷累積可造成電場極性的劇烈變化；持續(xù)的固態(tài)降水將影響下部的電荷結(jié)構(gòu)。粒子下落末速度的變化取決于降水強度和起電過程的共同作用。由于放電后電荷的重新分布,攜帶電荷量較多的固態(tài)粒子在下降的的過程中其下落末速度會產(chǎn)生較大的變化,隨著對流過程和電場力的作用而不斷增強。
【學位單位】：南京信息工程大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2015
【中圖分類】：P427.321
【部分圖文】：

利于降水的接地ＰＷＳ，而云外部的下沉氣流對對流云的發(fā)展具有抑制作用，由??云底部的降水粒子拖拽而形成，同時引起對流云的消散Ｐ７１。??圖３．１是垂直風速隨時間的變化情況�？傮w而言，５組敏感性試驗的對流發(fā)??展曲線比較一致。上升風速和下沉風速的峰值均隨著擾動位濕而不斷增大，擾??動位溫越大，對流發(fā)展越旺盛，上升風速和下沉風速到達峰值的時間也越早，??同時對流的啟動和衰減也越早。整體上，上升風速在雷暴前期發(fā)展平緩，中期??迅速增大，對流巧盛的持續(xù)時間約為２０分鐘，后期逐漸減小；下沉風速的發(fā)展??跟隨著上升風速的發(fā)展，前期發(fā)展緩慢，在經(jīng)過約２０分鐘左右的震蕩期后達到??１６??

?ｔ／ｍｉｎ??圖３．２化ｓｔｌ－４中罔、液態(tài)降水強度與每分鐘閃屯次數(shù)的關(guān)系。??對比圖３．１和圖３．２分析可知，Ｔｅｓｔｌ－４中最大固、液態(tài)降水強度均出現(xiàn)在最??大上升風速之后，此時上升風速正不斷衰減，下沉氣流處于旺盛期。最大下沉??風速均出現(xiàn)在固態(tài)和液態(tài)降水強度峰值時刻之間。對流降水對雷暴云下部的拖??拽作用而產(chǎn)生下沉氣流，在降水強度最大時刻產(chǎn)生了強烈的下沉氣流，從而在??一定程度上抑制了雷暴云的發(fā)展。Ｔｅｓｔｌ－４的閃電峰值落后于下沉風速峰值，基??本位于下沉氣流的震蕩期。閃電活動最劇烈的時刻主要集中在雷暴云的消散期。??Ｔｅｓｔ３和Ｔｅｓｔ４的第一次放電時間提前最大上升風速２－３分鐘，說明在強對流的??作用下，上升氣流在即將達到峰值時云內(nèi)就已經(jīng)具備放電的條件。上升氣流將??不同粒子帶到不同高度，形成相應的電荷結(jié)構(gòu)，并在達到電場閥值后開始放電。??而產(chǎn)生地閃的時間正好是上升風速的峰值期和下沉風速劇烈增大的區(qū)域。此時??雷暴云內(nèi)的粒子在垂直風速的作用下形成相應的電荷結(jié)構(gòu)。Ｔｅｓｔｌ－４中，首次放??電的時間不斷提前

??結(jié)合圖３．３同樣可Ｗ看到，每分鐘ＲＰＦ的峰值一開始隨著垂直風速不斷增??力口，而到了?Ｔｅｓｔ４則急劇減小，和總閃與垂直風速的關(guān)系相似。根據(jù)３．２部分的??分析，固、液態(tài)降水強度峰值隨著垂直風速的增加，因此單位時間內(nèi)的固、液??態(tài)降水總量也隨之增加，與此同時，由于Ｔｅｓｔ４的總閑次數(shù)較少，降水量卻是最??大的，但其每分鐘固、液態(tài)ＲＰＦ峰值反而偏小，受到總閃次數(shù)變化及時間點??選取等原因的影響，最終導致固、液態(tài)ＲＰＦ峰值與垂直風速的關(guān)系為先増大后??減小。??巧０?Ｉ—￣．——，——．——Ｉ——．——，——．——，——ｒ－￣，???Ｉ巧?１６０?Ｉ——．——，——．——，———，——．——Ｉ???Ｉ—￣￣１?６－０???ｌｉｑｕｉｄ?ｐｒｅｄｐＲａ村ｏｎ?ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ?Ａ??ｌｉｑｕｉｄ?ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ?ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ?／?＼??Ｓ??ｓｏＭｄ?ｐｒｅｃｉｐＫａＵ＞ｎ?ｉｎ化ｎｓｈｙ?／?Ｊ?－２０?Ｓ??ｓｏｌｉｄ?ｐｒｅｃｉｐｉｔａＵｍ?ｉｎ化化ｉｔｙ?＇?ｆ＼??Ｅ?１５０?－?Ｉｔｑｕｉｄ?ＲＰＦ?／?Ｔ＼?ｇ?１２０?？?＿＿?ｌｉｑｕｉｄ?ＲＰＦ?＼?－４－５??Ｓ?ｓｏｌｉｄ?ＲＰＦ?Ｉ?Ｉ?＼Ａ?至?？？？？－?ｓｏｌｉｄ?ＲＰＦ?Ｓ??ｔ?、＼?－ＩＳ?Ｉ?ｔ?＼?Ｓ??Ｈ（ａ）遍叫（Ｖ．?ＪｉＰ??０?１０?２０?３０?４０?５０?６０?０?１０?２０?３０?４０?ＳＯ?６０??Ｘ／ｍｉｎ?１／打》－打??如。Ｉ——．——
【參考文獻】

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本文編號：2882641