强对流天气的闪电特征及其与动力过程和降水结构关系的研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 冯桂力 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2008-05-16 |
| 授予单位 | 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所 |
| 授予地点 | 寒区旱区环境与工程研究所 |
| 导师 | 郄秀书 |
| 关键词 | 闪电 地闪 雷暴 冰雹 飑线 中尺度对流系统 TRMM卫星 雷达反射率 数值模拟 |
| 其他题名 | Studies on Lightning Activity and its Relationship with Dynamics and Precipitation Structure of Severe Convective Weather Systems |
| 学位专业 | 大气物理学与大气环境 |
| 中文摘要 | 强雷暴不仅常伴有强烈的降水、破坏性大风和冰雹等灾害，而且还产生强烈的闪电，造成雷击灾害。本文针对强对流天气中的雷电活动特征及其与动力和微物理过程之间的关系，从观测资料分析和数值模拟两个方面进行研究。论文利用地闪定位资料和雷达、卫星等气象观测资料，以及TRMM卫星上搭载的雷达、闪电和微波同步观测资料，对中尺度对流系统以及冰雹、飑线等强对流天气系统的闪电演变特征进行了分析，探讨了闪电活动与云降水结构、动力结构特征和雷暴云宏观特征量之间的关系；基于一个发展完善的积云模式，加入了5种起电机制，研制出一个三维雷暴云模式，并据此就云内微物理过程和动力过程对雷暴电荷结构和雷电的影响进行了模拟实验和讨论。主要研究结果如下： 1.在MCS的整个生命史过程中，负地闪主要发生在强对流区（>40dBz），其持续时间和强对流的维持时间几乎相当。多数MCS的地闪以负极性为主，仅在减弱阶段，正地闪所占比例有所增大，甚至短时间内超过负地闪。地闪基本出现在低于-50℃的云区和前部大的温度梯度区内，而且集中发生于低于-60℃的云区，高于-30℃的云区几乎没有地闪发生。正、负地闪发生次数与云顶温度的关系可以用3次多项式来拟合。从峰值出现的时间来看，逐小时地闪频数滞后云顶最低温度，冷云覆盖面积滞后于地闪次数。说明在系统发展到最大顶高后，地闪活动还将有所加强；地闪活动达到峰值之后，雷暴云上部会继续向外延伸，冷云盖面积继续增大。当MCS出现弓状回波，并且闪电活动非常活跃（即闪电频数出现跃增）时，有可能发生下击暴流，并引发地面灾害性大风。 2.雹暴中正地闪占总地闪的平均比例为45％以上，远高于当地正地闪比例的气候特征值（12.48%）。地面降雹区基本出现在正地闪密集（活跃）区域或邻近区域，与正地闪的空间分布对应较好。在雹云快速发展阶段，地闪频数存在明显的“跃增”；降雹发生时段，通常地闪频数演变有如下特征：负地闪频数快速下降，而正地闪频数开始增加，整个降雹阶段对应于正地闪的活跃阶段；在减弱消散阶段，地闪频数显著减少，但正地闪所占比例有所增加；负地闪频数峰值出现于降雹前0-20分钟，正地闪频数峰值一般滞后降雹发生时间。冰雹云的云闪和地闪比值远高于一般的雷雨过程，且冰雹云的云闪密度也高于雷雨过程。当地闪由负极性为主转为正极性为主时，通常预示着灾害性天气的产生。冰雹云的正地闪通常也发生在强回波区或邻近区域，但其地闪密度弱于普通雷暴过程，主要是因为冰雹云云顶比较高，云内放电非常频繁，导致地闪活动减弱。冰雹云高正地闪比例的原因与冰雹云混合层内的强上升气流和丰富的过冷却云水有关。 3.雹暴的对流降水贡献占绝对优势，达到85%以上。对流降水区发生闪电的几率一般是层云降水区的20倍以上。从液相、冰相雨水、云水含量的垂直分布可以判断雷暴系统中的单体的发展阶段，有助于判断未来单体的增强或减弱。闪电频数和冰相粒子含水量呈正相关，冰水含量越高，相应的闪电活动也越频繁，两者相关系数为0.69。绝大多数闪电落在中层（5-6km）具有上升气流的区域内，5km高度层的上升气流速度对闪电的落区和闪电活动强弱（闪电频数的高低）具有一定的指示意义。 4. 基于一个发展较完善的非静力弹性积云模式，加入了正负离子的扩散起电、电导起电、感应起电、非感应起电和次生冰晶起电等5种起电机制，研制出一个三维雷暴云起电-放电模式。对5种非感应起电机制参数化方案的数值敏感性实验表明，TAK、GZ、RR和SP98方案存在较好的一致性，S91方案与上述四种方案的结果差异大一些。感应起电机制对形成和加强云下部正电荷区有重要的影响。模拟结果表明，电荷密度高值区并不对应上升气流核心区，而是在上升气流的边缘，即弱的上升气流区内，由于该区域内冰相粒子丰富，导致起电过程非常活跃。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2013-08-22 |
| 页码 | 167 |
| 源URL | [http://ir.casnw.net/handle/362004/21663]  |
| 专题 | 寒区旱区环境与工程研究所_研究生学位论文_学位论文 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 冯桂力. 强对流天气的闪电特征及其与动力过程和降水结构关系的研究[D]. 寒区旱区环境与工程研究所. 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所. 2008. |
入库方式： OAI收割
来源：寒区旱区环境与工程研究所
浏览0
下载0
收藏0
其他版本
除非特别说明，本系统中所有内容都受版权保护，并保留所有权利。