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S波段双偏振多普勒天气雷达对一次局地强雷暴过程的探测分析 被引量:7
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作者 杨磊 贺宏兵 +1 位作者 杨波 孟鑫 《气象科学》 北大核心 2019年第6期786-796,共11页
为提高双偏振天气雷达雷暴监测预警能力,探究雷暴活动过程雷达偏振信息特征及雷暴内部微物理过程,利用S波段双偏振多普勒天气雷达,结合地面大气电场仪和闪电定位系统资料对2015年8月31日发生在南京地区一次局地强雷暴过程进行了分析。... 为提高双偏振天气雷达雷暴监测预警能力,探究雷暴活动过程雷达偏振信息特征及雷暴内部微物理过程,利用S波段双偏振多普勒天气雷达,结合地面大气电场仪和闪电定位系统资料对2015年8月31日发生在南京地区一次局地强雷暴过程进行了分析。主要利用体扫数据获得雷暴单体内部垂直剖面(Vertical Cross Section,VCS),同时结合模糊逻辑算法进行粒子类型识别,得到多个偏振参量和雷暴云内部粒子类型的垂直分布情况,进一步分析得到各偏振参量和粒子分布随闪电活动的演变规律。结果表明:在-15℃高度层以上冰晶区域出现K DP的负值区与闪电活动具有很好的相关性;雷暴云中霰粒子的分布变化同闪电活动演变同步很好,在一定高度霰粒子的出现可以用来对雷暴进行预警;雷暴云中低层存在强烈的辐合上升区,利于霰和冰晶碰撞非感应起电和闪电的发生。 展开更多
关键词 双偏振天气雷达 雷暴 霰粒子 非感应起电
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Numerical Sensitivity Studies on Effects of Ice Nucleating Processes on Electrification in Thunderstorms
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作者 师正 曲凯悦 +5 位作者 李璐滢 管啸林 孙京 崔雪东 胡佳瑞 吴子珉 《Journal of Tropical Meteorology》 SCIE 2024年第2期149-167,共19页
This study employed numerical simulations to explore the impact of varying ice nucleation processes on the microphysics and electrification within thunderstorm clouds.A two-dimensional cumulus model,incorporating both... This study employed numerical simulations to explore the impact of varying ice nucleation processes on the microphysics and electrification within thunderstorm clouds.A two-dimensional cumulus model,incorporating both noninductive and inductive charge separation schemes,was utilized.The findings revealed that the freezing nucleation mechanism significantly influenced the microphysical development,electrification,and charge structure of thunderstorms.Homogeneous freezing generated a large quantity of small ice crystals near the cloud tops,which were primarily responsible for the development of positive charge regions through a non-inductive charging process.Conversely,heterogeneous freezing resulted in larger ice crystals,enhancing graupel formation and leading to a more rapid and intense charge separation rate of around-15°C.Ice crystals formed heterogeneously and charged negatively during the development stage,resulting in an inverted dipole charge structure.When both immersion and homogeneous freezing processes were considered,the competition between these two distinct freezing processes resulted in reduced cloud water content and weaker electrification.Under conditions of low cloud water content at lower storm levels,graupel particles were negatively charged through non-inductive charging,causing the charge structure to quickly revert to a normal dipole structure. 展开更多
关键词 homogeneous freezing heterogeneous freezing immersion freezing non-inductive charging charge structure
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气溶胶对雷暴云微物理过程和起电影响的数值模拟 被引量:4
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作者 刘俊 谭涌波 +3 位作者 师正 王梦旖 于梦颖 郑天雪 《气候与环境研究》 CSCD 北大核心 2018年第6期758-768,共11页
将云滴冻结方案植入已有的二维雷暴云起、放电模式,结合一次山地雷暴个例,探讨了气溶胶浓度对雷暴云微物理过程、起电以及空间电荷结构的影响。结果表明:气溶胶浓度增加,云滴数目增多,尺度降低,雨滴含量减少;云滴冻结导致冰晶在低温区... 将云滴冻结方案植入已有的二维雷暴云起、放电模式,结合一次山地雷暴个例,探讨了气溶胶浓度对雷暴云微物理过程、起电以及空间电荷结构的影响。结果表明:气溶胶浓度增加,云滴数目增多,尺度降低,雨滴含量减少;云滴冻结导致冰晶在低温区快速生长,冰晶数浓度增加,尺度减小,当气溶胶浓度高于1000 cm-3后小冰晶难以增长成大尺度的霰粒子,因此霰粒子数浓度先增加后急剧减少。此外,气溶胶浓度的大小不会影响雷暴云的电荷结构特征,但会对云内的起电强度产生明显的作用:当气溶胶浓度较低时,增加气溶胶浓度,更多的冰晶和霰粒子发生碰撞使得云内起电过程增强,空间电荷密度增加;当气溶胶浓度高于1000 cm-3后,少量的霰粒子和小冰晶的出现抑制了非感应起电过程,导致电荷密度降低。 展开更多
关键词 气溶胶 云滴冻结 非感应起电 电荷结构
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不同起电模式对雷暴云放电过程的影响 被引量:1
4
作者 杨军 《电瓷避雷器》 CAS 北大核心 2017年第5期140-144,共5页
为探讨不同感应起电过程在雷暴云起电和放电过程中的作用,基于二维雷暴云起放电数值模式,设计四种起电方案分别对霰与云滴以及霰与冰晶间的感应起电过程进行数值模拟并比较。结果表明:冰相粒子间碰撞的感应电荷分离会使得起电更强;霰和... 为探讨不同感应起电过程在雷暴云起电和放电过程中的作用,基于二维雷暴云起放电数值模式,设计四种起电方案分别对霰与云滴以及霰与冰晶间的感应起电过程进行数值模拟并比较。结果表明:冰相粒子间碰撞的感应电荷分离会使得起电更强;霰和冰晶之间的感应起电过程能够增强主负电荷区和上部正电荷区,并且保持偶极电荷结构不变;霰与冰晶间的感应过程会产生更多的闪电。 展开更多
关键词 感应起电 非感应起电 电荷结构 数值模式
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冰晶异质核化对雷暴云电过程影响的数值模拟 被引量:1
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作者 李璐滢 师正 +2 位作者 谭涌波 汪海潮 林晓彤 《热带气象学报》 CSCD 北大核心 2021年第3期468-477,共10页
引入一种新型冰晶异质核化方案,基于二维雷暴云模式,探讨雷暴云电过程对三种异质核化的响应。结果表明:浸润核化是冰晶生成的最重要异质核化过程,较高数浓度的冰晶消耗雷暴云内液态水含量,抑制淞附过程,导致霰粒子比含水量低,表现为较... 引入一种新型冰晶异质核化方案,基于二维雷暴云模式,探讨雷暴云电过程对三种异质核化的响应。结果表明:浸润核化是冰晶生成的最重要异质核化过程,较高数浓度的冰晶消耗雷暴云内液态水含量,抑制淞附过程,导致霰粒子比含水量低,表现为较强的负极性非感应起电率;接触核化生成的冰晶量最少,仅对雷暴云中下层3~5 km处的冰晶有贡献,同时霰粒子数浓度较低,导致该方案下的起电过程最弱;沉积核化主要影响云砧处的冰晶,有利于提高霰收集云滴的效率,表现为极高的霰比含水量,促进低温区非感应起电过程的发生。总体上来看,三个方案下的电荷结构均由较复杂的多极性发展为偶极性。其中浸润方案中主正电荷区的抬升最明显,而接触方案过低的冰晶分布高度与沉积方案过高的冰晶分布高度,都直接导致了次正电荷区更快消散。 展开更多
关键词 异质核化 冰核 非感应起电 电荷结构 数值模拟
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一次雹暴的闪电特征和电荷结构演变研究 被引量:39
6
作者 郑栋 张义军 +2 位作者 孟青 吕伟涛 易笑园 《气象学报》 CAS CSCD 北大核心 2010年第2期248-263,共16页
综合利用SAFIR3000三维闪电定位系统的全闪定位资料与雷达结合对2005年5月31日发生于北京的一次冰雹过程的闪电活动和电荷结构演变特征进行了综合分析。结果表明:该雷暴的闪电活动有两次活跃期,第一个活跃期产生了降雹,降雹结束后,闪电... 综合利用SAFIR3000三维闪电定位系统的全闪定位资料与雷达结合对2005年5月31日发生于北京的一次冰雹过程的闪电活动和电荷结构演变特征进行了综合分析。结果表明:该雷暴的闪电活动有两次活跃期,第一个活跃期产生了降雹,降雹结束后,闪电活动突然减少,之后的活跃期产生了更多的闪电,其中一部分处于云砧区。闪电活动峰值超前降雹5 min左右,闪电活动中的地闪仅占6.16%,但正地闪占总地闪的比例达20%,且降雹前的正地闪比例较降雹后要高,降雹发生后,正地闪很少发生。降雹阶段,参与放电的主要电荷区表现为反极性结构,-40℃左右区域为参与放电的主负电荷区,-15℃左右区域为参与放电的主正电荷区,在正电荷区之下,短暂存在一个较弱的负电荷区。降雹结束后,电荷结构经历了持续的快速调整过程,在第2次闪电活跃期,参与放电的主要区域表现为正常的三极性结构,即上正-中负-下正,受西风气流的影响,此三极性结构出现倾斜。动力和微物理过程的分析表明,闪电活动和电荷结构的特征与雷暴云内的动力、微物理过程紧密相关。文中对反极性电荷结构形成的可能机理进行了讨论,并且认为,具有强烈上升气流的灾害性天气可能更易形成反三极性的电荷结构,并在下部两个电荷区的作用下产生较多的正地闪。 展开更多
关键词 闪电活动 电荷结构 非感应起电机制 双向先导传输
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基于RAMS V6.0的非感应起电机制评估和雷暴初期电荷结构模拟 被引量:14
7
作者 李万莉 刘冬霞 +3 位作者 郄秀书 傅慎明 段树 陈羿辰 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2012年第5期535-545,共11页
数值模式是研究雷暴内起电和电荷结构的重要工具.本文将Takahashi(1978)和Saunders(1991)两种主流非感应起电机制加入最新版本的中尺度模式RAMS(Version 6.0),建立了一个区域大气-电耦合中尺度雷暴云模式,据此对发生于北京的一次雷暴过... 数值模式是研究雷暴内起电和电荷结构的重要工具.本文将Takahashi(1978)和Saunders(1991)两种主流非感应起电机制加入最新版本的中尺度模式RAMS(Version 6.0),建立了一个区域大气-电耦合中尺度雷暴云模式,据此对发生于北京的一次雷暴过程首次放电前的电荷结构和水成物粒子起电情况进行了较成功的模拟.结果表明,Takahashi(1978)和Saunders(1991)方案模拟的雷暴电荷结构在电场达到击穿阈值时均呈现三极性特征,但Takahashi和Saunders方案模拟的雷暴电荷结构演变过程有一定的差异,Takahashi方案的电荷结构从起电到放电都是三极性特征,Saunders方案的电荷结构从反偶极性演变为三极性.此外,两种方案的模拟结果均表明雨滴是雷暴云低层的正电荷载体,聚合物和霰是高层的主要电荷载体,霰的电荷中心分布形态与雷暴云的总电荷分布形态相似. 展开更多
关键词 非感应起电参数化方案 RAMS V6.0 三极性 反偶极性
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Total Lightning Characteristics and Electric Structure Evolution in a Hailstorm 被引量:10
8
作者 郑栋 张义军 +2 位作者 孟青 吕伟涛 易笑园 《Acta meteorologica Sinica》 SCIE 2009年第2期233-249,共17页
In this paper, total lightning data observed by SAFIR3000 3-D Lightning Locating System was combined with radar data to analyze characteristics of the lightning activity and electric structure of a hailstorm that occu... In this paper, total lightning data observed by SAFIR3000 3-D Lightning Locating System was combined with radar data to analyze characteristics of the lightning activity and electric structure of a hailstorm that occurred in Beijing on 31 May 2005. The results indicated that there were two active periods for the lightning activity during the hailstorm process. The hail shooting was found in the first period. After the end of the hail shooting, lightning frequency decreased suddenly. However, more active lightning activities occurred in the second period with lots of them appearing in the cloud anvil region. The peak of the lightning frequency came about 5 min prior to the hail shooting. Only 6.16% of the total lightning was cloud-to-ground (CG) lightning, among which 20% had positive polarity. This percentage was higher than that in normal thunderstorms. In addition, heavier positive CG lightning discharge occurred before rather than after the hail shooting. In the stage of the hail shooting, the electric structure of the hailstorm was inverted, with the main negative charge region located around the -40℃ level and the main positive charge region around the -15℃ level. In addition, a weak negative charge region existed below the positive charge region transitorily. After the hail shooting, the electric structure underwent fast and persistent adjustments and became a normal tripole, with positive charge in the upper and lower levels and negative charge in the middle levels. However, the electric structure was tilted under the influence of the westerly wind in the middle and upper levels. The lightning activity and electric structure were closely related to the dynamic and microphysical processes of the hailstorm. It was believed that severe storms with stronger updrafts were more conducive to an inverted tripolar electric structure than normal thunderstorms, and the inverted distribution could then facilitate more positive CG lightning in the severe storms. 展开更多
关键词 lightning activity electric structure non-inductive charging mechanism bidirectional leader
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六种非感应起电参数化方案对南京一次雷暴电荷结构的数值模拟分析 被引量:4
9
作者 丁鹏飞 寇正 +3 位作者 邱实 韩月琪 王迎强 高维琦 《热带气象学报》 CSCD 北大核心 2016年第1期125-136,共12页
利用三维非静力中尺度数值模式Meso-NH中的六种非感应起电参数化方案,采用理想场模拟南京地区雷暴云不同阶段的电荷结构特征,重点分析了雷暴云发展期雪、霰电荷密度对电荷结构的影响,并将成熟期的电荷结构与观测资料比较。结果表明,在... 利用三维非静力中尺度数值模式Meso-NH中的六种非感应起电参数化方案,采用理想场模拟南京地区雷暴云不同阶段的电荷结构特征,重点分析了雷暴云发展期雪、霰电荷密度对电荷结构的影响,并将成熟期的电荷结构与观测资料比较。结果表明,在雷暴云发展期,电荷分布在上升气流内且高度较高,TAKAH方案为反偶极结构,GARDI方案为三极结构,SAUN、BSMP为反三极结构,SAP98方案为正偶极结构,HELFA方案呈多层结构。在成熟期,电荷分布高度降低,有正负电荷共存区产生。模拟结果中,雪与霰是主要的荷电载体,荷电量及极性与方案有关。雪的电荷密度对云顶的电荷密度影响较大,霰的电荷密度对中下层的电荷密度影响较大。成熟期的电荷结构与VHF宽带干涉仪和雷声联合定位结果对比,SAP98方案模拟结果更符合该次雷暴云电荷结构。 展开更多
关键词 雷暴云 电荷结构 非感应参数化方案 Meso-NH模式
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重庆地区一次雷暴云电过程及其对初始云滴数浓度响应的数值模拟 被引量:2
10
作者 汪亚 银燕 +3 位作者 肖辉 赵鹏国 吴建成 吴奕霄 《大气科学学报》 CSCD 北大核心 2015年第4期433-447,共15页
采用耦合了Saunders和Takahashi两种非感应起电参数化方案的RAMS(Regional Atmospheric Modeling System)模式,对重庆地区一次雷暴过程进行模拟,对比分析了两种起电参数化方案下,电荷开始分离时和雷暴云发展到成熟阶段时的水成物粒子的... 采用耦合了Saunders和Takahashi两种非感应起电参数化方案的RAMS(Regional Atmospheric Modeling System)模式,对重庆地区一次雷暴过程进行模拟,对比分析了两种起电参数化方案下,电荷开始分离时和雷暴云发展到成熟阶段时的水成物粒子的分布、所带电荷密度以及雷暴云的电荷结构分布。模拟结果表明,在Saunders起电参数化方案下,雷暴云的电荷结构从起电到放电都呈现偶极性特征,而在Takahashi参数化方案下,雷暴云的电荷结构则由反偶极性发展成正偶极性。为研究CCN(cloud condensation nuclei)对雷暴云的影响,本文进行了两组敏感性试验,随着云滴初始数浓度增加,雷暴云的电荷结构没有发生极性翻转,但雷暴云中电荷量增加,电荷分布区域变大,有利于闪电发生。在Saunders起电参数化方案下,当云滴初始数浓度大于2 000 cm-3时,电荷量变小。通过分析微物理量场和微物理过程发现,随着云滴初始数浓度增加,冰相粒子质量混合比增加,在Saunders起电参数化方案下,当云滴初始数浓度大于2 000 cm-3时,霰粒子质量混合比减小。验证了CCN的变化能影响云的微物理过程,从而影响雷暴云的电荷分布以及闪电的发生,尤其是冰相物质的变化显著影响了雷暴云的起电过程。 展开更多
关键词 RAMS模式 非感应起电参数化方案 电荷结构 云滴初始数浓度
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上升运动核心区与霰粒子非感应起电区关系的模拟研究 被引量:1
11
作者 王飞 张义军 郑栋 《高原气象》 CSCD 北大核心 2016年第3期834-843,共10页
利用一个三维起电放电云分辨率模式,基于北京地区的一次探空数据,进行了孤立雷暴单体的模拟实验,并对模拟雷暴中上升运动较强阶段(最大上升速度W_(max)>5 m·s^(-1)),霰粒子发生非感应起电区域内的上升运动特点,及其与上升运动... 利用一个三维起电放电云分辨率模式,基于北京地区的一次探空数据,进行了孤立雷暴单体的模拟实验,并对模拟雷暴中上升运动较强阶段(最大上升速度W_(max)>5 m·s^(-1)),霰粒子发生非感应起电区域内的上升运动特点,及其与上升运动核心区(上升速度W>5 m·s^(-1))之间的空间关系进行了分析。结果表明,非感应起电区主要分布在上升运动核心区及其临近区域。出现在上升运动核心区内的非感应起电活动的起电效率通常较高(|非感应起电效率E_(n-charging|>0.1 nC·m^(-3))。上升运动中心也能够发生非感应起电。即使是在雷暴最大上升速度达到峰值时,在上升速度中心的霰粒子仍能发生非感应起电。但过强的上升速度不利于非感应起电效率的进一步提高。在该模拟雷暴中,效率较高的非感应起电活动多集中发生在W_(max)>5m·s^(-1)的时段内,区域则主要分布在-4~28m·s^(-1)的垂直速度区间内。对于具有更高效率的非感应起电活动(|E_(n-charging)|>0.5 nC·m^(-3)),尽管W_(max)越大,具有更高效率的非感应起电活动区范围就越大,起电效率中心也更靠近上升速度中心,但起电效率中心与上升速度中心并不重合。大部分具有更高效率的非感应起电活动都发生在W<20 m·s^(-1)的上升运动区内。此外,上升速度中心高度在闪电活动的多数时间里与反转温度高度基本一致,可以用来区分霰粒子非感应起电获得不同极性电荷的区域:在分析时段内(第12~23 min)的大部分时间里,霰粒子获得负电荷的区域都出现在该高度附近或以上高度中,而获得正电荷的区域则基本出现在该高度以下。 展开更多
关键词 上升运动核心区 上升速度中心 非感应起电
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对流强度对雷暴云微物理发展和电荷结构影响的数值模拟
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作者 仇梦扬 谭涌波 +3 位作者 师正 杜赛 林辉 周洁晨 《气候与环境研究》 CSCD 北大核心 2019年第2期227-236,共10页
为了探讨对流强度大小对雷暴云内微物理发展和起电过程的影响,基于已有的二维积云起、放电模式,改变其扰动温度进行敏感性试验。试验结果表明:对流强度对雷暴云内微物理过程、起电率及后续电荷结构的产生均有一定程度的影响:1)对流强度... 为了探讨对流强度大小对雷暴云内微物理发展和起电过程的影响,基于已有的二维积云起、放电模式,改变其扰动温度进行敏感性试验。试验结果表明:对流强度对雷暴云内微物理过程、起电率及后续电荷结构的产生均有一定程度的影响:1)对流强度较小时,冰晶粒子极大值在高温区(高于-13.8°C)出现,对流强度较大时,上升风明显增强,将更多的水汽带入高空,气溶胶活化过程明显增强,使得云滴粒子明显增多,冰晶粒子较早产生,冰晶粒子极大值在低温区(低于-13.8°C)出现,发展过程更为剧烈;同时,较高的对流强度也使得降雨量增多,霰粒子数目也在对流发展旺盛时期显著增多。2)非感应起电率主要和冰晶—霰的碰并分离过程有关,对流强度较大时,非感应起电率较大,电荷结构持续时间较长,过程明显,感应起电率也较强。3)对流强度较大时,电荷结构更为复杂,雷暴云发展初期基本呈现为三极性,发展旺盛时期底部正电荷区域嵌入一个较小的负电荷区,呈现四极性电荷结构,雷暴云发展末期基本呈现偶极性电荷结构;对流强度较小时,发展初期、旺盛时期均呈现三极性电荷结构,发展末期呈现偶极性电荷结构。 展开更多
关键词 对流强度 扰动温度 雷暴云 非感应起电率
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