大氣冰核濃度對雷暴云電過程影響的數(shù)值模擬研究
發(fā)布時間：2021-12-28 06:30
為探討不同冰核濃度-溫度譜對雷暴云微物理、起電及電荷結(jié)構(gòu)的影響,本文利用已有的二維積云模式,結(jié)合一次山地雷暴個例,選取了三種經(jīng)典的冰核譜進行數(shù)值模擬實驗。在此基礎上,為詳細討論不同冰核濃度對雷暴云電過程的影響,選取了一種與氣溶膠濃度有關的DeMott核化方案,并將其分別植入二、三維云模式中,通過改變氣溶膠濃度來控制冰核濃度,以此分析不同冰核濃度對雷暴云微物理、起電、電荷結(jié)構(gòu)、降水以及閃電頻次的影響。結(jié)論如下:（1）不同的冰核譜環(huán)境對雷暴云中冰相粒子的含量及分布具有明顯作用。冰核譜的垂直溫區(qū)越大,產(chǎn)生的冰相粒子分布越廣。在冰核濃度較大的個例中,冰晶和霰粒子的含量高,更多的小冰相粒子出現(xiàn)在海拔更高的區(qū)域;（2）高溫區(qū)冰核的數(shù)量會對上升氣流速度產(chǎn)生顯著影響。高溫區(qū)的冰核越多,冰相粒子在微物理發(fā)展過程中釋放的潛熱越多,上升氣流強,對流發(fā)展越旺盛;（3）在低溫區(qū)冰晶濃度高的譜環(huán)境個例中,雷暴云中的非感應起電率和感應起電率高,導致起電量增加。高溫區(qū)冰核多的譜環(huán)境,大量冰晶和霰獲得正電荷形成次正電荷區(qū),電荷結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)三極性;而高溫區(qū)冰核少的譜環(huán)境,參與起電的水成物粒子少,易形成偶極性電荷結(jié)構(gòu)。（4）隨...
【文章來源】：南京信息工程大學江蘇省
【文章頁數(shù)】：64 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
GZ非感應起電方案中在不同溫度和液態(tài)水含量下霰得到的電荷極性示意圖（反轉(zhuǎn)溫度：-15℃）
南京信息工程大學碩士學位論文由表可知，三種譜參數(shù)公式均滿足以下形式： IN INN N exp B 273 T 。核譜對應的參數(shù)分別為：S1：NIN=10-5，BIN=0.6；S2：NIN=0.005，BIN=0.3040.0049，BIN=0.388。根據(jù)胡志晉[68]對冰核核化過程的研究可知，冰核濃度不僅與溫度有關，還與度等因素有關，因此本模式的異質(zhì)核化過程參照胡志晉[68]的處理方法： IN IN INv siv si0 sw siiceviv siexp 273( 0, )0 ( 0, )kB N B TQ Q dT dTQ QQ Q dt dtdTQ Qdt ：Qv為實際水汽含量；Qsi為相對冰面的飽和水汽含量；Qsw為相對水面的飽；k=5；zTwdtdT 。
南京信息工程大學碩士學位論文Electrical Evolution in Thunderstorms，簡稱 SEET），而選取此個例是由于：（1）本式對其有很好的描述能力，譚涌波[73]博士論文中對比了模擬結(jié)果與實際觀測數(shù)據(jù)，表無論是水成物粒子的信息，還是閃電通道結(jié)構(gòu)和擴展范圍等都與山地雷暴的實際觀測為一致，因此模擬得到的基本物理過程可信度較高。（2）模式的穩(wěn)定性對敏感性試十分重要。選取的此次山地雷暴屬于弱雷暴，弱雷暴的模式計算相對比較穩(wěn)定，適合感性實驗的研究，因此選擇此次個例。圖 2.3 是該個例初始場的環(huán)境溫度、露點溫度風場，其中的濕度層結(jié)取自 NCEP 格點資料。從圖 3 中可以看出，地面溫度在 12 ℃右，露點溫度在 8 ℃左右。另外，本模式的計算域為 76 km×20 km，分辨率為 250 m ×2m，設定的模擬時間為 80 min，時間步長為 2 s。在初始時間給出了一個水平半徑為 5 km垂直半徑為 1 km 的濕熱泡擾動，其中心位于模擬區(qū)域中心，高度為 1 km 的格點上。度擾動為 4.5 K，濕度擾動為 80%，從中心向外以余弦函數(shù)遞減。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]氣溶膠對雷暴云電過程影響的數(shù)值模擬研究[J]. 譚涌波,馬肖,向春燕,夏艷羚,張鑫. 地球物理學報. 2017 (08)
[2]云凝結(jié)核濃度對雷暴云電過程影響的數(shù)值模擬研究[J]. 鄧美玲,銀燕,趙鵬國,肖輝. 大氣科學. 2017(01)
[3]1960-2012年陜西降水變化特征及可能成因分析[J]. 彭艷,王釗,董妍,董自鵬,李星敏,陳闖. 高原氣象. 2016(04)
[4]東亞地區(qū)沙塵氣溶膠對降水的影響研究[J]. 宿興濤,許麗人,魏強,張志標,王勝國,吳洪星. 高原氣象. 2016(01)
[5]沙塵冰核對積云起電過程影響的初步數(shù)值模擬試驗[J]. 李澤宇,孫繼明,牛生杰. 氣候與環(huán)境研究. 2016(01)
[6]背景場云凝結(jié)核濃度對理想熱帶氣旋強度的影響[J]. 楊玉華,陳葆德,王斌,王曉峰,張蕾,王平,許曉林,黃偉. 高原氣象. 2015(05)
[7]氣溶膠對雷暴云起電以及閃電發(fā)生率影響的數(shù)值模擬[J]. 師正,譚涌波,唐慧強,楊憶,彭琳,郭秀峰,陳浩然. 大氣科學. 2015(05)
[8]初始冰晶濃度對雷暴云微物理和起電過程的影響[J]. 江濤,郭鳳霞,陸干沂,梁夢雪,吳鑫. 科學技術與工程. 2015(20)
[9]冰晶核化對雷暴云微物理過程和起電影響的數(shù)值模擬研究[J]. 譚涌波,楊憶,師正,周博文,張冬冬,廖義慧. 大氣科學. 2015(02)
[10]氣溶膠影響云和降水的機理和觀測研究進展[J]. 李軍霞,銀燕,李培仁,徐芬. 氣象科學. 2014(05)
碩士論文
[1]沙塵氣溶膠作為冰核影響區(qū)域降水的數(shù)值研究[D]. 李磊.南京信息工程大學 2007
本文編號：3553585
【文章來源】：南京信息工程大學江蘇省
【文章頁數(shù)】：64 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
GZ非感應起電方案中在不同溫度和液態(tài)水含量下霰得到的電荷極性示意圖（反轉(zhuǎn)溫度：-15℃）
南京信息工程大學碩士學位論文由表可知，三種譜參數(shù)公式均滿足以下形式： IN INN N exp B 273 T 。核譜對應的參數(shù)分別為：S1：NIN=10-5，BIN=0.6；S2：NIN=0.005，BIN=0.3040.0049，BIN=0.388。根據(jù)胡志晉[68]對冰核核化過程的研究可知，冰核濃度不僅與溫度有關，還與度等因素有關，因此本模式的異質(zhì)核化過程參照胡志晉[68]的處理方法： IN IN INv siv si0 sw siiceviv siexp 273( 0, )0 ( 0, )kB N B TQ Q dT dTQ QQ Q dt dtdTQ Qdt ：Qv為實際水汽含量；Qsi為相對冰面的飽和水汽含量；Qsw為相對水面的飽；k=5；zTwdtdT 。
南京信息工程大學碩士學位論文Electrical Evolution in Thunderstorms，簡稱 SEET），而選取此個例是由于：（1）本式對其有很好的描述能力，譚涌波[73]博士論文中對比了模擬結(jié)果與實際觀測數(shù)據(jù)，表無論是水成物粒子的信息，還是閃電通道結(jié)構(gòu)和擴展范圍等都與山地雷暴的實際觀測為一致，因此模擬得到的基本物理過程可信度較高。（2）模式的穩(wěn)定性對敏感性試十分重要。選取的此次山地雷暴屬于弱雷暴，弱雷暴的模式計算相對比較穩(wěn)定，適合感性實驗的研究，因此選擇此次個例。圖 2.3 是該個例初始場的環(huán)境溫度、露點溫度風場，其中的濕度層結(jié)取自 NCEP 格點資料。從圖 3 中可以看出，地面溫度在 12 ℃右，露點溫度在 8 ℃左右。另外，本模式的計算域為 76 km×20 km，分辨率為 250 m ×2m，設定的模擬時間為 80 min，時間步長為 2 s。在初始時間給出了一個水平半徑為 5 km垂直半徑為 1 km 的濕熱泡擾動，其中心位于模擬區(qū)域中心，高度為 1 km 的格點上。度擾動為 4.5 K，濕度擾動為 80%，從中心向外以余弦函數(shù)遞減。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]氣溶膠對雷暴云電過程影響的數(shù)值模擬研究[J]. 譚涌波,馬肖,向春燕,夏艷羚,張鑫. 地球物理學報. 2017 (08)
[2]云凝結(jié)核濃度對雷暴云電過程影響的數(shù)值模擬研究[J]. 鄧美玲,銀燕,趙鵬國,肖輝. 大氣科學. 2017(01)
[3]1960-2012年陜西降水變化特征及可能成因分析[J]. 彭艷,王釗,董妍,董自鵬,李星敏,陳闖. 高原氣象. 2016(04)
[4]東亞地區(qū)沙塵氣溶膠對降水的影響研究[J]. 宿興濤,許麗人,魏強,張志標,王勝國,吳洪星. 高原氣象. 2016(01)
[5]沙塵冰核對積云起電過程影響的初步數(shù)值模擬試驗[J]. 李澤宇,孫繼明,牛生杰. 氣候與環(huán)境研究. 2016(01)
[6]背景場云凝結(jié)核濃度對理想熱帶氣旋強度的影響[J]. 楊玉華,陳葆德,王斌,王曉峰,張蕾,王平,許曉林,黃偉. 高原氣象. 2015(05)
[7]氣溶膠對雷暴云起電以及閃電發(fā)生率影響的數(shù)值模擬[J]. 師正,譚涌波,唐慧強,楊憶,彭琳,郭秀峰,陳浩然. 大氣科學. 2015(05)
[8]初始冰晶濃度對雷暴云微物理和起電過程的影響[J]. 江濤,郭鳳霞,陸干沂,梁夢雪,吳鑫. 科學技術與工程. 2015(20)
[9]冰晶核化對雷暴云微物理過程和起電影響的數(shù)值模擬研究[J]. 譚涌波,楊憶,師正,周博文,張冬冬,廖義慧. 大氣科學. 2015(02)
[10]氣溶膠影響云和降水的機理和觀測研究進展[J]. 李軍霞,銀燕,李培仁,徐芬. 氣象科學. 2014(05)
碩士論文
[1]沙塵氣溶膠作為冰核影響區(qū)域降水的數(shù)值研究[D]. 李磊.南京信息工程大學 2007
本文編號：3553585
本文鏈接：http://sikaile.net/projectlw/qxxlw/3553585.html
