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雷暴云内电场力对起电和电荷结构的反馈作用

         

摘要

利用美国国家强风暴实验室(NSSL)发展的耦合了详细起电机制和放电过程的中尺度电耦合数值模式WRF(weather research forecasting)-Elec,在NSSL云微物理双参数化方案中增加了电场力对霰、雹粒子降落末速度的影响,完善了WRF-Elec模式的物理过程,建立了双向耦合WRF-Elec模式.利用改进后的WRF-Elec模式,通过敏感性数值实验,定量分析了雷暴云内电场力对起电和电荷结构的反馈作用.结果发现:雷暴云发展旺盛阶段,由于电场力作用,霰、雹粒子质量加权平均降落末速度的瞬时变化极值可以超过4 m/s,但这种情况仅出现在雷暴云内局部区域,并且维持时间较短;电场力对直径小且数浓度较低的霰和雹粒子影响较大,但这种影响不是由单一物理量决定,而是由电场强度和霰、雹粒子的电荷密度、极性以及粒子的直径与数浓度共同决定;电场力通过对霰、雹粒子降落末速度的调整,增强了雷暴云内感应、非感应起电率,且前者远大于后者,云内局部产生?0.6—1.2 nC/m3总电荷密度的变化,从而使电荷结构重新分布,局部垂直电场强度增强5 kV/m,总闪电数增加,与此同时,雷暴云内降水粒子的微观增长过程也发生改变.总体上,电场力对雷暴云起电过程的作用为正反馈,电场力对雷暴云电荷结构的反馈作用不可忽略.

著录项

  • 来源
    《物理学报》 |2018年第16期|371-383|共13页
  • 作者单位

    中国科学院大气物理研究所, 中层大气与全球环境探测重点实验室, 北京 100029;

    成都信息工程大学, 成都 610225;

    中国科学院大学地球科学学院, 北京 100049;

    中国科学院大气物理研究所, 中层大气与全球环境探测重点实验室, 北京 100029;

    中国科学院大学地球科学学院, 北京 100049;

    Cooperative Institute for Mesoscale Meteorological Studies, University of Oklahoma and U.S. NOAA/OAR/National Severe Storms Laboratory, Norman, Oklahoma, USA;

    中国科学院大气物理研究所, 中层大气与全球环境探测重点实验室, 北京 100029;

    中国科学院大学地球科学学院, 北京 100049;

    中国科学院大气物理研究所, 中层大气与全球环境探测重点实验室, 北京 100029;

    中国科学院大气物理研究所, 中层大气与全球环境探测重点实验室, 北京 100029;

    中国科学院大气物理研究所, 中层大气与全球环境探测重点实验室, 北京 100029;

  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 chi
  • 中图分类
  • 关键词

    电场力; 电荷结构; 反馈作用; WRF-Elec模式;

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