【摘要】：在中尺度模式WRF v3.4.1中加入了起電、放電過程,在此基礎(chǔ)上討論了氣溶膠對雷暴云電活動的影響。首先利用耦合了起電、放電過程的WRF模式模擬了一次颮線過程,以此驗證模式對雷電過程的模擬能力。然后通過敏感性試驗,模擬研究了氣溶膠作為云凝結(jié)核對雷暴云電活動強(qiáng)度和電荷結(jié)構(gòu)的影響,分析了這種影響作用隨環(huán)境大氣熱力條件的變化。并討論了氣溶膠對發(fā)展不同階段熱帶氣旋強(qiáng)度和電活動的影響。具體研究內(nèi)容和結(jié)論如下：(1)在Morrison雙參數(shù)化微物理方案中加入了非感應(yīng)起電參數(shù)化方案和一個簡單的放電參數(shù)化方案,在此基礎(chǔ)上模擬了2009年6月16日發(fā)生在華北的一次颮線過程,與觀測結(jié)果的對比顯示模式能夠較好地模擬雷暴云的宏觀特性及電學(xué)特征。通過將閃電潛勢指數(shù)和模式模擬的閃電密度與觀測資料對比可知,模擬的閃電密度更接近于實際情況,說明電耦合WRF模式對雷暴云電活動具有一定的模擬能力。(2)在Morrison微物理方案中引入了詳細(xì)的氣溶膠活化過程,在此基礎(chǔ)上討論了不同氣溶膠背景下雷暴云電活動的區(qū)別。研究發(fā)現(xiàn),在不同濃度的氣溶膠背景下,雷暴云的微物理過程和起電過程差異明顯。在污染個例中,雪粒子和霰粒子的增長率較大,形成較多的冰相粒子,由于更多的冰相粒子參與起電過程,電活動強(qiáng)度明顯強(qiáng)于清潔個例。氣溶膠濃度的增加也會影響雷暴云的電荷結(jié)構(gòu),清潔個例始終保持著上部正電荷、下部負(fù)電荷的偶極性電荷結(jié)構(gòu)；而污染個例中,雷暴云發(fā)展初期,電荷結(jié)構(gòu)為偶極性,隨著雷暴云的發(fā)展,氣溶膠增加導(dǎo)致高層液態(tài)水含量增加,該區(qū)冰粒子荷電發(fā)生反轉(zhuǎn),一部分冰晶粒子攜帶負(fù)電荷,在主正電荷中心之上形成了一個新的負(fù)電荷區(qū)。(3)為了進(jìn)一步理解氣溶膠在不同大氣熱力條件下對雷暴云微物理過程和電過程影響的差異,模擬分析了不同水汽條件下云凝結(jié)核濃度改變對雷暴云電過程的影響。當(dāng)水汽含量較低時,氣溶膠濃度增加所引起的云滴數(shù)濃度增加幅度有所減小,對雨滴數(shù)濃度的影響減小。水汽含量降低抑制了氣溶膠對冰相粒子的影響,從而抑制了氣溶膠對雷暴云電活動強(qiáng)度的影響。水汽含量降低導(dǎo)致氣溶膠增加并未引起液態(tài)水含量明顯增加,這就導(dǎo)致高低氣溶膠濃度下冰相粒子起電區(qū)液態(tài)水含量都較小,冰粒子荷電情況沒有變化,最終氣溶膠濃度增加并未引起電荷結(jié)構(gòu)的明顯改變。(4)通過對理想熱帶氣旋個例的模擬,討論了氣溶膠對熱帶氣旋強(qiáng)度及電活動的影響。研究發(fā)現(xiàn)氣溶膠對熱帶氣旋強(qiáng)度和電活動的影響在不同發(fā)展階段是不同的。在熱帶氣旋發(fā)展階段,氣溶膠增加使云內(nèi)的云滴數(shù)濃度增加,云滴尺度降低,抑制了暖雨過程,未降落的小云滴粒子上升到凍結(jié)層之上,凍結(jié)形成了更多的冰相粒子,凍結(jié)過程釋放潛熱,激發(fā)云系對流發(fā)展,使熱帶氣旋強(qiáng)度增強(qiáng),電活動更為劇烈。而在熱帶氣旋成熟階段,污染個例中的冰相粒子降落,形成更多的降水,降水粒子在下落過程中對上升氣流產(chǎn)生拖曳作用,抑制對流強(qiáng)度。降水粒子在海平面蒸發(fā)融化吸收了大量潛熱,使該區(qū)域溫度降低,形成冷池,阻礙了外部暖濕能量向內(nèi)輸送,抑制了對流發(fā)展,從而使熱帶氣旋強(qiáng)度降低。而由于成熟階段污染個例中的冰粒子較少,參與起電過程的冰粒子減少,熱帶氣旋的電活動強(qiáng)度降低。
【學(xué)位授予單位】：南京信息工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：P427.3
【圖文】：

模式具有非靜力平衡、高分辨率和完全可壓縮等特點，在中尺度天氣系統(tǒng)研巧和逡逑預(yù)報方面具有廣泛的應(yīng)用ｔｕ。逡逑如圖２．１所示ＷＲＦ中尺度模式水平方向上選用ＡｒａｋａｗａＣ網(wǎng)格，垂直方逡逑向上一種為高度坐標(biāo)，另一種為質(zhì)量坐標(biāo)。模式的時間積分選用完全時間分裂格逡逑式，夕ｈ循環(huán)ＷＲＦ模式推薦使用時間步長較大的３階Ｒｕｎｇｅ－Ｋｕｔｔａ算法，但同時逡逑也提供２階算法。逡逑ｙ邐１１逡逑——Ｉ——｝——Ｉ邐——Ｉ￣＾——ｆ－逡逑Ｕ邋…２．１＋１邐Ｕｗ．‘２，ｉ＋．‘邋９，，１邋，邋ＵｉＡ２．ｊ邋一邐。邐。逡逑—舍？邐－令？邋—舍邐Ｕ，１．２Ｗ邋９沁！逡逑－ｊ？邋＞邐S緬五危校鯯緬五危�？辶x希椋蓿簦輳椋�？逦４NB＋１邋ｊｗ。逡逑奪邋Ｗ，如１。邐奪邋如，逡逑Ｕｉ－啤邋６ｉ．ｊ邐Ｕｗｓ．ｊ邋０｜＊！，｜邋Ｕｉ邋R*邐Ｉ邐。邐0逡逑？邐－普邐Ｉ�！佩�0ｉ，Ｋ邐Ｕ＋，。NB目ｗ．ｋ邋Ｕｉ＾班逡逑么巧ｋ邐？邐—爭邋？邐—爭逡逑４NB—｝－１。邐ｉＶ＂ｉ．ｊ－ｉ；２邐１＾邋ｉ．ｋ－Ｖ２邐ｉＷｉ＋Ｖｋ．

圖３．１模擬區(qū)域的網(wǎng)格設(shè)置逡逑Ｆｉｇ．邋３．１邋Ｇｒｉｄ邋ｓｅｔｔｉｎｇ邋ｏｆ邋ｓｉｍｕｌａｔｅｄ邋ｒｅｇｉｏｎ逡逑

本文中考慮ｒ在起電過程中巧獻(xiàn)最大的非睡應(yīng)起化機(jī)制，巧混合相態(tài)區(qū)，由逡逑桯粒子－冰晶粒子S飭Ｗ櫻┝Ｗ優(yōu)鱟卜擲胍鵪鸕紜Ｏ劑Ｗ印⒈Ш脫┝Ｗ櫻儒義現(xiàn)直Ｗ擁氖ǘ群頭植嘉恢枚緣綰山峁購?fù)稻U擅芏繞鵓齠ㄐ宰饔謾Ｍ跡常陡鰣義狹隋澹保保埃板澹眨裕醚豔３．３中黑線所做的粒子數(shù)濃度垂直剖面，圖３．６ａ為霖粒子，圖逡逑３．化丸冰晶粒子，圖３．６ｃ為雪粒子，圖３．６ｄ為云滴粒子。逡逑從嫇粒子數(shù)濃度的垂直分布可知，三個雷暴吊．體中S飭Ｗ郵ǘ紉來謂檔停義鮮ǘ燃籩翟嘉保板澹紓欏Ｊǘ冉洗蟮謀ЯＷ誘繼宸植莢冢稿澹耄礤逕�，数浓度辶x霞籩翟冢擔(dān)埃埃板澹紜殄澹剩�，在８邋ｋｍ之蟻y嚶斜ЯＷ臃植跡ǘ讓魎浠冢稿澹耄礤義仙�，５至８ｋｍ之紲Z謀ǘ仍嘉擔(dān)矗埃紓欏Ｑ┝Ｗ擁幕旌媳扔氡Ы銜渝義轄ǘ缺缺ЯＷ郵ǘ刃∫桓雋考�，Ｈ个缞y┑ヌ迥詰難┝Ｗ郵ǘ紉厘義洗臥齟

本文編號：2768909