【摘要】：閃電在雷暴云中是如何啟動(dòng)的仍然是雷電研究領(lǐng)域有待解決的問(wèn)題。負(fù)流光在閃電啟動(dòng)中起著重要的作用,對(duì)不同氣壓下負(fù)流光的研究有助于理解雷暴云中不同高度的閃電啟動(dòng)過(guò)程。然而現(xiàn)有的對(duì)不同氣壓下負(fù)流光的研究相對(duì)較少。為此,本文使用模擬方法研究了變化氣壓下負(fù)流光的特性,試圖對(duì)云閃和地閃是如何在不同高度啟動(dòng)的提出一些見(jiàn)解。 本文使用柱對(duì)稱的二維模式對(duì)平面平行極板間氮?dú)庵械呢?fù)流光進(jìn)行了模擬。模式中使用電子和正離子的連續(xù)方程描述流光的運(yùn)動(dòng),并耦合泊松方程來(lái)求解空間電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)。使用了通量校正傳輸算法(FCT)來(lái)精確求解連續(xù)方程以及動(dòng)態(tài)網(wǎng)格細(xì)化算法來(lái)提高計(jì)算的效率。使用該模式研究了標(biāo)準(zhǔn)氣壓下初始電荷條件和背景電場(chǎng)對(duì)流光特征的影響,以及變化氣壓下的流光。 模擬結(jié)果顯示,流光經(jīng)過(guò)初始階段的調(diào)整后以一種穩(wěn)態(tài)傳播,而穩(wěn)態(tài)的特征是由氣壓和背景電場(chǎng)共同決定的背景電離頻率決定。背景電離頻率越大流光的發(fā)展速度越快并有更大的電流。初始電荷條件同樣影響著流光的特征,橫截面上的總電荷濃度越大,流光更快的進(jìn)入穩(wěn)態(tài)過(guò)程并且傳播的更快。 氣壓和背景電場(chǎng)通過(guò)背景電離頻率來(lái)影響流光的特征：背景電場(chǎng)不變時(shí),隨著氣壓降低背景電離頻率增加,流光發(fā)展速度變快并有更大的電流,說(shuō)明流光更容易在較低氣壓下啟動(dòng)；而氣壓相同時(shí),背景電場(chǎng)增大則背景電離頻率增大而流光發(fā)展速度變快,流光發(fā)展速度變快并有更大的電流,流光更容易在背景電場(chǎng)大的區(qū)域啟動(dòng)。我們的結(jié)果顯示在雷暴云中負(fù)流光在低氣壓(更高的高度)下比高氣壓時(shí)更容易發(fā)生,而觀測(cè)數(shù)據(jù)同樣顯示發(fā)生在更高位置的云閃比發(fā)生位置更低的地閃多。
【圖文】：

Az'=AZV2'-I。圖2.1給出了嵌套的三層格點(diǎn)示意圖，根據(jù)實(shí)際情況對(duì)相應(yīng)的格點(diǎn)進(jìn)行細(xì)化，同一層上可以出現(xiàn)不同的格點(diǎn)團(tuán)，如圖中的格點(diǎn)團(tuán)和D4。在此把在格點(diǎn)團(tuán)層次/ = /?上的變量《表示為所有網(wǎng)格都使用它們的角部相對(duì)于該系統(tǒng)的原點(diǎn)的坐標(biāo)（對(duì)稱軸與陰極交點(diǎn)）來(lái)表征，所以有a/ =(/-1/2)-ArZ，4 =0"-V2)-Az' 0本文中，求解泊松方程的格點(diǎn)用團(tuán)表示，而求解連續(xù)方程的格點(diǎn)用團(tuán)f表示。連續(xù)方程的格點(diǎn)結(jié)構(gòu)如下：由細(xì)化條件已確定某一層/上的格點(diǎn)團(tuán)<所有可細(xì)化的格點(diǎn)團(tuán)，這會(huì)產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)與格點(diǎn)團(tuán)<相關(guān)的格點(diǎn)團(tuán){<+1丨。第一步，我們選擇由父格點(diǎn)團(tuán)f產(chǎn)生的子格點(diǎn)團(tuán){^+1}覆蓋盡可能小的矩形區(qū)域來(lái)覆蓋所有這些子格點(diǎn)團(tuán)。盡管這基本的方法會(huì)節(jié)省計(jì)算時(shí)間

這里U代表格點(diǎn)的電子濃度和離子濃度。第二種情況，一部分細(xì)網(wǎng)格在前一時(shí)刻己經(jīng)存在（圖2.2中cr+i，2與Q”，2相交的區(qū)域），此時(shí)可直接進(jìn)行濃度值得傳遞。第三種情況，新網(wǎng)格所在的區(qū)域中在前一時(shí)刻只有更粗的網(wǎng)格存在（圖2.2中橫向條紋區(qū)域）。此時(shí)我們要把粗網(wǎng)格上的值賦值給新的細(xì)網(wǎng)格[/"+1、在賦值過(guò)程中主要考慮的是電荷在離散過(guò)程中的守恒。使用一維情況作為簡(jiǎn)單的說(shuō)明：我們考慮一個(gè)粗網(wǎng)格上的值由質(zhì)量守恒可知其賦值給細(xì)化網(wǎng)格的值= 為：U卜 Uf + Di,心：Uf-Di (2.15)由質(zhì)量守恒顯然有Az'wf+ Az'w,ti =AzZ[/f成立。使用三點(diǎn)插值使得系數(shù)i),是二階精度的：A=^(A-.+A.i) (2.16)I — O"."‘ _J I I 丨m\圖2.2時(shí)間廣+1的格點(diǎn)和前一時(shí)刻/”的格點(diǎn)的三種關(guān)系。其中三個(gè)在時(shí)間？”的格點(diǎn)(實(shí)線）所在格點(diǎn)層分別為1、2和3,在時(shí)間廣+】的格點(diǎn)（虛線）所在的格點(diǎn)層為2,圖片來(lái)自 Montijn et al(2006)。在本文使用的二維柱對(duì)稱系統(tǒng)中，需要在以上的插值中加入Z方向的值，并且在徑向上使用從而保證系統(tǒng)內(nèi)的質(zhì)量守恒。最后，，確定每個(gè)格點(diǎn)團(tuán)的邊界值。對(duì)于最粗的網(wǎng)格，其邊界值直接由公式(2.4、2.5)確定。對(duì)于細(xì)化后的網(wǎng)格
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：P427.3

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 王湘漢;汪l

本文編號(hào)：2628804