【摘要】：內陸高原的蘭州地區(qū)受特殊的地形和熱力等因素影響,該地區(qū)的夏季雷暴活動通常具有一定的特殊性。為了提高對該地區(qū)雷暴電活動特征的整體認識,本文利用耦合了非感應起電、感應起電以及放電參數(shù)化方案的WRF(Weather Research and Forecasting)模式模擬了一次發(fā)生于內陸高原蘭州地區(qū)伴有降雹的強雷暴過程。通過研究雷暴電荷結構的演變特征,發(fā)現(xiàn)成熟階段雷暴云底部存在范圍深厚的正電荷區(qū),并基于動力和微物理等方面分析了該底部特殊正電荷區(qū)的形成機制。得到以下結論:(1)模擬結果與觀測事實具有較好的一致性。此次雷暴過程水平尺度較小,整個生命史較短,移動速度較快,是內陸高原地區(qū)較為典型的一次夏季強雷暴過程。整個雷暴過程中發(fā)生的地閃頻次都較低,并且降雹前的地閃頻次都存在躍增現(xiàn)象。躍增主要與雷暴云內霰/雹粒子以及冰晶粒子含量在降雹前短時間內的迅速增多有關。(2)對流單體在不同發(fā)展階段對應的電荷結構特征不盡相同。雷暴初始階段為偶極性電荷結構,各電荷區(qū)強度以及高度均相對較低。雷暴成熟階段演變?yōu)槁晕A斜的三極性電荷結構,上部和中部電荷區(qū)發(fā)展深厚,電荷密度增大。底部出現(xiàn)范圍深厚且持續(xù)時間較長的正電荷區(qū),電荷密度與中部負電荷區(qū)強度相當。此外,底部正電荷區(qū)周圍還存在強度及范圍均較小的水平延展負電荷區(qū)。雷暴云消散階段電荷結構逐漸轉變?yōu)榕紭O性,底部正電荷區(qū)的特征不明顯,范圍彌散。(3)特殊的層結特征對云內的微物理過程產生影響,從而影響電荷結構特征。雖然此次雷暴過程地面溫度及環(huán)境濕度相對較低,但云底高度較高,暖云層厚度較薄,雷暴的不穩(wěn)定能量相對較大。特殊的層結特征導致云內反而具有較強的上升氣流,云內的額液態(tài)水含量較大,霰/雹等大粒子在云內停留時間更長,導致云底積聚范圍深厚的霰粒子,有效促進了云內起電過程,對雷暴的電荷結構產生影響。(4)云底分布含量較大的霰粒子是形成范圍深厚底部正電荷區(qū)的前提。在雷暴云內液水含量和溫度適中的條件下,云底范圍深厚的霰粒子與冰/雪晶發(fā)生非感應碰撞攜帶的正電荷,對底部正電荷區(qū)的形成起主要作用。雹粒子與冰/雪晶之間非感應碰撞攜帶的正電荷以及雨滴粒子轉化的正電荷對底部正電荷區(qū)形成具有一定促進作用。此外,云內霰粒子與云滴之間的感應碰撞起電也對底部正電荷區(qū)的形成具有一定的貢獻。
【學位授予單位】：南京信息工程大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：P446
【圖文】：

第三章 個例分析及模式設置例天氣背景分析017 年 6 月 20 日晚上 19 點至 23 點的時段內（北京時間，下同），我國內陸（103.84°E，36.07°N，平均海拔約 1500~2200m）發(fā)生了一次較強的雷暴西向東出現(xiàn)了閃電、陣風、短時強降水、冰雹等強對流天氣。據(jù)統(tǒng)計自 1，蘭州市境內的安寧區(qū)、城關區(qū)、西站等多地陸續(xù)發(fā)生地面降雹，冰雹的 cm，降雹前后持續(xù)時間長達 30 min。本次過程的天氣配置見圖 3.1。從圖此次天氣過程中，蘭州地區(qū)位于 500 hpa 的低壓槽前，處于低壓系統(tǒng)的控hpa)具有風切變的配合，形成了上干下濕的不穩(wěn)定大氣層結。切邊線附近形成一定范圍內較為劇烈的抬升運動，有利于冰雹、閃電等強對流天氣的、中低層的切變及有利的水汽條件為這次雷暴過程提供了有利的天氣系統(tǒng)

第三章 個例分析及模式結果冰相粒子的增長。此外，暖云層的厚度（即 0℃層與云底之間的厚m 左右。中層（即 500~340 hPa）的相對濕度約為 58%，而高層（對濕度僅為 28%，具有明顯的“上干下濕”層結配置，有利于不有效位能量（CAPE：ConvectiveAvailablePotentialEnergy）較大，達抑制能量（CIN：ConvectiveInhibition）為 100J·kg-1，表明此階度較大，有利于強對流天氣發(fā)生的趨勢。水平風向和風速具有較度由西南向西北方向發(fā)生順轉，風速隨高度明顯增加，這樣的環(huán)雷暴的發(fā)展。知，此次雷暴過程云內的相對濕度較低，云底的高度較高，暖云特征和俞小鼎等[76]及和蘇濤等[77]研究的多次南方低海拔地區(qū)夏季郭鳳霞等[49]研究的幾次典型高原雷暴過程的層結參數(shù)值比較一致在蘭州地區(qū)的天氣過程是內陸高原地區(qū)比較具有代表性的一次雷

圖 3.3 模擬域設置及地形高度分布圖，黑點代表蘭州表 3.2 2017 年 6 月 20 日蘭州雷暴過程模式設置參數(shù) 第一重網(wǎng)格 d01 第二重網(wǎng)格 d02范圍(x, y) 151 151 386 456水平分辨率(km) 4 0.8積分步長(s) 20 4微物理方案 NSSL 2-mom NSSL 2-mom積云方案 無 無長波輻射方案 RRTM RRTM短波輻射方案 Dudhia Dudhia邊界層方案 YSU YSU陸面方案 Noah Noah

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本文編號：2794157