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1.
本研究利用加入起电、放电参数化方案的数值模式（Weather Research and Forecasting Model（Version 3.7.1）,WRF3.7.1_ELEC）,通过设计五组不同非感应起电及感应起电参数化方案敏感性试验,对发生在青藏高原东北部青海大通地区的一次雷暴过程进行模拟研究,对比分析了不同非感应起电机制及感应起电机制对雷暴云电荷结构的影响.结果表明：在雷暴云发展旺盛阶段,Saunders（S91）、Riming Rate（RR）、和Saunders和Peck（SP98）三种非感应起电方案模拟的雷暴云最低层均为负电荷区,而混合方案（Brooks and SP98,BSP）模拟的雷暴云最低层为正电荷区,主电荷区自下而上为"+-+-"排列的四层电荷结构.与甚高频辐射源定位法推算的结果对比,BSP方案模拟的本次高原雷暴云电荷结构更接近实际情况;几种不同非感应起电方案模拟的主电荷区外围与主电荷区电荷结构不同,说明在雷暴发展的不同阶段雷暴云的电荷结构是不同的;几种非感应起电方案模拟的电荷结构不尽相同,主要是由于霰、冰和雪粒子在不同高度所带电荷的极性及电量的大小不同,霰粒子的电荷密度对低层的影响较大,冰粒子和雪粒子的电荷密度对中上层的影响较大;加入感应起电机制后,雷暴云电荷结构分布几乎没有变化,但能使雷暴云发展旺盛阶段低层和中层的正负电荷区电荷密度有所加强. 相似文献
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《中国科学:地球科学》2016,(5)
为了进一步认识强雷暴中正地闪偏多的原因,本文利用三维雷暴云动力-电耦合数值模式,通过模拟一次强雷暴过程,讨论了正地闪频发需要的条件.结果表明,云闪的发生需要较强的上升气流,而正地闪的发生不仅需要更强的上升气流,还需要云低层存在强的下沉气流,即正地闪发生在强雷暴云成熟阶段后期,对应固态降水强度最大时段.此时,云内主上升气流区内的各电荷区被强上升气流抬升,短暂地呈现反三极性结构,非感应起电机制作用使大量的霰粒子带正电荷,形成了中部电荷密度较大、范围较深厚的正电荷区.而下沉气流区比上升气流区电荷结构更复杂,呈正、负交替的多层结构.由于雷暴云上部负电荷区中部分带负电荷的霰和雹粒子被下沉气流输送到低层,及低层区域感应起电机制的共同作用,使上升气流区外围的对流降水区中的霰和雹粒带上负电荷,在近地面形成一个较强的、范围较大的负电荷区.强雷暴云中下部存在的这个偶极性电荷结构为正地闪的发生提供了有利条件.正地闪发生阶段对应着上升气流、雹粒子体积和总闪的快速增强阶段.因此,强雷暴中正地闪的发生可作为雷暴强度及冰雹形成的一个指示因子. 相似文献
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为了对雷暴云下近地面的电特性进行分析，本文建立了模拟自然尖端所产生的电晕离子演化的一维数值模式。以地面电场为基础，考虑到地面电晕离子的演化，成功地计算了从地面至８００ｍ的空中电场及电荷、电流的时空演变，发现地面电晕离子可解释除雷暴云电荷影响外的空中电场和地面电场的差异，空间电场比地面电场更能反应雷暴电荷所产生的电场。空间电荷层可延伸到８００ｍ的高度上，且电荷密度可高达０．２５ｎＣ／ｍ３，６００ｍ高度上的传导电流密度可达０．１ｎＡ／ｍ２。 相似文献
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利用闪电放电辐射源三维时空分布测量,分析了山东低海拔地区一次多单体雷暴过程的电荷结构演变以及与回波强度的关系.结果表明对流云区电荷结构是典型的上正下负电偶极结构,且随着雷暴发展正负电荷层强度增大,高度抬升.负电荷区处在40 dBz以上的强回波区域中,正电荷层处在约40 dBz区域中.层状云区也有类似结构,只是强度弱,高度低.观测到的四层电荷结构是出现在对流区消散阶段,此时,由于云体不同部位的不同消散程度,电荷结构发生断裂,云体前部正负电荷区下沉,云体中部正负电荷区高度变化不大,但负电荷区域变薄,呈现出四层电荷结构.从本例结果说明,雷暴优势起电机制通常能形成电偶极或三极性结构,多极结构可能不是起电形成.本文还分析了一次负地闪传输过程,和宏观电荷结构很好吻合,说明利用三维定位系统观测,可以较好地描述雷暴宏观电荷结构. 相似文献
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本文在已有的三维雷暴云起、放电模式中加入了一种经典的气溶胶活化参数化方案,结合一次长春雷暴个例,进行了雷暴云起放电数值模拟试验.研究显示气溶胶浓度改变对雷暴云微物理、起电及放电过程都有重要影响.结果表明:(1)污染型雷暴云中气溶胶浓度增加时,云滴数目增多,上升风速加强;云中冰晶与霰粒子数浓度增加但尺度减小;(2)相对于清洁型雷暴云,污染型雷暴云非感应起电过程弱,感应起电过程强,起电持续时间长;(3)污染型雷暴云中首次放电时间延迟,闪电持续发生的时间长,总闪电频次增加,正地闪频次增加明显. 相似文献
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2016年夏季在青海大通地区获得一次局地雷暴云内的电场探空资料,结合雷达、地闪定位资料,详细分析了该雷暴的地闪活动特征及云内的电荷结构.结果显示,该雷暴过程的负地闪在时间上呈间歇性发生,在空间分布上表现为不连续,且所有的正地闪都发生于雷暴的成熟阶段.在雷暴成熟阶段与消散阶段过渡期获得云内的垂直电场廓线表明,雷暴内的电荷结构在探空阶段呈四极性,最下部为处于暖云区内负电荷区,往上依次改变极性.最上部的正电荷区由于数据丢失无法判断其上边界外,其余3个电荷区的海拔高度分别为:5.5～5.7km(3.4～2.3℃)、5.7～6.2km(2.3～-0.4℃)和6.2～6.6km(-0.9～-1.7℃),对应的电荷密度为-1.81nC·m-3、2.47nC·m-3和-1.76nC·m-3.其中,下部正电荷区的强度最大,其次为上部的负电荷区.通过分析电荷区分布与正地闪活动的关系,认为暖云区内负电荷区的形成有利于诱发下部正电荷区的对地放电. 相似文献
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按照地球膨胀学说进行全球构造动力物理模拟的相似性研究，得到了膨胀地球岩石层弹性球壳力学模型的方程分析相似准则和地幔物质沿膨胀裂谷通道上涌流动的方程分析相似准则．按照各相似准则的约束，计算得到了满足与膨胀地球原型相似的模型参数：膨胀初始半径为０．４６ｍ；原始岩石层的厚度、密度分别为３×１０－３ｍ和（１．２－１．８）×１０ｋｇ／ｍ３，其强度为１０４Ｐａ；原始地球膨胀内压为４．２５×１０４Ｐａ；原始地表重力为－１．２５×１０－２Ｎ／ｋｇ；上涌物质密度、粘度分别为１．２×１０２ｋｇ／ｍ３和２×１０２Ｐａ·ｓ；原始地幔物质上涌厚度、速度和加速度分别为２．５×１０－２ｍ，２．０×１０－３ｍ／ｓ和３×１０２ｍ／s2．由此表明材料物性等条件能够较好地满足原型要求的模型条件． 相似文献
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我们应用改进的随机闪电参数化方案，对两次雷暴的起、放电过程进行了二维125 m和250 m分辨率云闪模拟试验，分析表明高分辨率模拟的云闪通道几何结构、延伸范围和最大垂直电场变化等特征与观测结果更为一致，并且揭示了云闪放电重新配置云内电荷分布和空间电荷中和过程的一种新的物理图像：(1) 云闪的直接物理效应是在已有的空间电荷区内沿着放电通道沉积异极性电荷、形成复杂的空间电荷分布，有效地导致云中电位和场强绝对值及静电场能量剧烈下降，使放电终止.其中：放电后在闪电通道经过主要区域，电位降到±30 MV之间，垂直电场强度也降到±20 kV·m-1之间，一次正或负云闪估计消耗掉107～1010 J静电能；(2) 云中电荷中和不是正、负空间电荷简单地直接相互抵消的瞬态过程，而是广泛分布的云中空间电荷与通道沉积的异极性电荷通过湍流交换、平流输送、重力沉降以及起电等多种因素逐渐混合并部分被中和的一个后续慢过程，其弛豫时间典型值在14～44 s之间，在此期间通道感应电荷总量下降到50%以下.并残余部分电荷参与后续放电前高空间电荷密度和强电场的重建过程. 相似文献
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雷暴云底部正电荷区对闪电类型影响的数值模拟 总被引：2，自引：0，他引：2
在经典的雷暴云三极电荷结构的假定下结合已有的随机放电参数化方案,进行了二维高分辨率闪电放电的模拟实验,定量的探讨了雷暴云底部正电荷对闪电类型的影响．结果表明：（1）雷暴云底部正电荷对负地闪和反极性云闪的产生起了关键作用,随着底部正电荷区的电荷密度大小或分布范围的增大,闪电类型依次从正极性云闪向负地闪再向反极性云闪变化;（2）相对于电荷区分布范围而言,底部正电荷区的电荷密度大小对闪电类型的影响起主导作用．只有当雷暴云底部正电荷区的最大电荷密度取值在一定范围内时,才会出现负地闪,并且负地闪的发生概率相对固定;（3）在该范围内,负地闪的发生由底部正电荷区的电荷密度大小以及分布范围共同决定,且其与云闪触发条件之间存在一个线性边界;（4）底部正电荷区的电荷密度大小以及分布范围的共同效果是改变底部正位势阱的分布,当闪电启动参考电位接近0MV时生成反极性云闪,而当其远小于0MV时则更容易形成负地闪． 相似文献
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利用共轭梯度（ＣＧ）迭代技术,实现了直流电阻率测量数据的三维最小构造反演。 首先,运用共轭梯度迭代算法解反问题的线性方程组,只需求Ｊａｃｏｂｉａｎ矩阵Ｇ与任一向量ｘ的 乘积Ｇｘ及ＧＴ与任何一向量ｙ的乘积ＧＴｙ,再引入Ｇ的Ｒｏｄｉ算法,则Ｇｘ及ＧＴｙ均可在每次反 演迭代中的一次正演计算后一并求得．因此,每次反演迭代仅需一次正演计算,大大加快了 计算速度;而且避免了直接求 Ｇ以及 ＧＴＧ的逆矩阵,也避免了存储 Ｇ和 ＧＴＧ所需庞大的存储 量。另外,由于反演参数太多,求模型光滑约束的最小构造反演能够有效地消除多余构造信 息,得到可靠的反演结果。将这３种方法和技术融合于三维反演中,取得了好的反演效果．为 改进传统最小构造反演收敛慢的问题,还提出了一种新的反演迭代技术,仅需１０次左右甚至 更少迭代即可收敛。 相似文献
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研究了中高度（离地心３－４个地球半径）极隙区上行电子束流和上行氧离子（ｏ＋）锥引起的沿磁力线传播的电磁不稳定性．采用的物理模型假定：上行电子具有单能束流分布函数，而上行氧离子（ｏ＋）锥可用单能环－束分布函数来描述．结果表明，左旋和右旋圆偏振的低频电磁模是不稳定的，激发不稳定性的自由能源主要由上行电子束流提供，而上行氧离子（ｏ＋）锥因自由能太小只影响频率色散关系，上行粒子（电子和氧离子）与背景等离子体密度比的变化对电磁不稳定性有重要影响．这些结果对解释权隙区纬度地面站低频电磁波观测资料和理解极隙区动力学过程是很有益的． 相似文献
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给出了１９８９年３月罕见的超级太阳活动区（ＮＯＡＡ，ＡＲ５３９５）的多次爆发，在远东地区诱发了一系列强烈的、甚至是首次观测到的电离层扰动事件：（１）重庆站以北地区ＴＥＣ增量达５５×１０１６ｅｌ／ｍ２的突增事件；同期武昌、仑坪和知本等站的ＴＥＣ负增量达６５×１６ｅｌ／ｍ２的突降事件；（２）兰州以南地区的强ＴＩＤ；（３）持续时间较长的Ｌａｃｕｎａ现象；（４）微粒Ｅ层事件等。作者结合同期远东和巴西地区的电离层扰动，多颗卫星探测结果和全球中低纬区极光的出现，对此次电离层事件的部分异常变化及其形成机制作了初步讨论，并指出东向电场剧增和粒子沉降可能是此次事件的主要因素。 相似文献
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基于Ｍｕｒｎａｇｈａｎ－Ｂｉｒｃｈ状态方程，计算了密度Ｐ、热膨胀系数ａｖ、定压比热ｃｐ等物性参数在上地幔温压条件下的分布，给出了热传导系数ｋ在上地幔温压条件下的分布．采用准动力学计算方案，用有限元方法计算了板块不同俯冲速度、角度、不同厚度及不同俯冲深度情况下俯冲带的温度分布和密度分布．计算了不同俯冲模型下俯冲带的负浮力及其对岩石层板块形成的等效应力，发现负浮力在俯冲过程中是变化的，俯冲速度和板块厚度对其有明显的影响，在稳定俯冲状态，负浮力约为（１．５－２．３）×１０１３Ｎｍ－１，等效张应力约为０．２５－０．２９Ｇｐａ． 相似文献
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雷暴云内闪电双层、分枝结构的数值模拟 总被引：2，自引：0，他引：2
试验了一种逃逸启动、双向随机发展的放电参数化改进方案, 并进行了12.5 m的高分辨率、二维雷暴云数值模拟试验, 模拟再现的雷暴云内闪电特征在通道扩展范围和双层、分枝结构以及与位势阱位置的相互配合等方面与实际VHF源定位观测资料分析结果是一致的. 进一步发现: (1) 闪电在雷暴云内相邻的正、负电荷区边界附近触发后, 负先导向正电荷区发展、正先导向负电荷区发展. 存在正负两种极性的云闪, 他们的极性由云中相邻正、负电荷累积区位置的上下配置决定. (2) 电荷累积区的空间分布制约着闪电的空间范围. 云闪几乎遍及其所传播的电荷堆, 遭遇到局域性、与通道极性相同的电荷堆时, 通道将转向、绕开该电荷堆. (3) 电位的空间分布形态同样制约着闪电通道传播方向和几何结构: 先导通道进入正或负位势阱之前沿着最大电位梯度方向传播; 当先导通道穿过它们的中心之后通道更趋于电位变化缓慢的地方发展. (4) 云闪通道在穿过电荷累积区中心以前, 有较好的分形特征, 幂指数约为1.45; 而其后向低电荷浓度地区延伸时, 幂指数随着半径增加而减小. (5) 放电结束后通道感应生成的异极性电荷沉积在正、负先导通道经过的区域, 形成新的、复杂的云内电荷空间分布, 位势极值可由200下降到20 MV. 相似文献
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应用相关性分析和小波分析方法，研究气压、水位与榆树沟分量应变之间的关系及影响机制，结果表明：(1)水位是榆树沟分量应变长周期变化的主要影响因素，尤其对分量应变EW、NE向影响较显著，表现为中高度线性负相关；2016—2018年EW向相位滞后水位约1 d, NE向相位滞后水位约8 d; 2019—2021年EW向相位滞后水位约4 d, NE向相位滞后水位约7 d;(2)气压是分量应变短周期变化的主要影响因素，EW、NW向对其响应更为灵敏，表现为中高度线性负相关；EW向与气压不存在相位滞后，NW向相位滞后气压约55 min;(3)小波分析结果显示，气压对EW分量影响的显著频段为26～28 min、210～215 min,对NW分量影响的显著频段为26～28 min、211～214 min。 相似文献
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三维对流云中粒子谱演变特征的数值模拟 总被引：1，自引：0，他引：1
利用对CCN、液滴、冰晶、雪粒和霰粒均进行分档处理的三维完全弹性对流云模式模拟了2000年6月29日发生在美国堪萨斯州的一次超级单体风暴过程中粒子谱形成演变特征．模拟结果表明：微物理过程分档方案可以较好的描述出对流单体中水凝物粒子谱的时空分布演变特征,从而可以较好的描述对流云中水凝物粒子的形成演变规律．模拟对流单体中霰粒形成增长机制有凝华和淞附机制两种,入流区上部及主上升气流上部霰粒增长以淞附增长为主,出流区上部的霰粒谱在对流单体发展及成熟阶段均以单峰型谱分布为主,霰粒主要依靠凝华作用增长,长大后以下落为主．初始时刻相对湿度的降低不利于入流区上方霰粒的形成及增长;初始时刻位温扰动的增加不利于出流区上方大霰粒的形成及增长．得出结论：可以通过在入流区上部和主上升气流上部影响霰粒的凝华增长和淞附增长抑制大霰粒或冰雹粒子的形成．对流单体不同部位霰粒增长机制不同,初始时刻不同的温湿扰动下霰粒产生增长机制,及其适宜的防雹催化部位及机理也不相同． 相似文献
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采用动力学方程，求解了定态情况下磁层中上行离子沿磁力线的分布函数，针对不同的Ｋｐ指数，分别对北半球极光带区起源的上行离子Ｏ＋、Ｈ＋和Ｈｅ＋在子午面内沿磁力线的密度分布及其特性进行了研究．结果表明：１．沿磁力线向外，上行离子密度在近地空间呈急剧下降趋势，在远地空间呈缓慢下降趋势；２．重离子或初始能量较小的离子，其密度沿磁力线向外下降较快；３．Ｋｐ指数越大，离子进入磁层的空间范围越大；４．离子的投掷角分布对密度分布的影响甚小；５．离子密度沿磁力线的下降程度随到Ｘ轴距离的增大而呈增大趋势；６．在典型参数条件下，求得上行离子Ｏ＋在等离子体片边界附近的密度为１０－３－１０－２个ｃｍ－３，这与观测结果相一致． 相似文献
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本文自主研制性能稳定的双金属球三维电场探空仪,并结合气象探空仪等构建了雷暴电场-气象综合探空系统,实现了雷暴云内三维电场及温度、湿度的同步测量.2019年夏季对华北平原地区雷暴开展穿云观测,并结合地面大气电场、雷达回波、变分多普勒雷达分析系统(VDRAS)反演的动力场等资料进行综合研究,首次给出该地区雷暴云内的电场和电荷结构分布特征.对2019年8月7日发生的一次中尺度对流系统电场探空发现,在雷暴减弱阶段,其弱回波区内存在5个极性交替的电荷区:4.4~5.6 km之间的上部正电荷区(0℃附近)、3.6~4.4 km之间的中部负电荷区和1.0~3.6 km之间的下部正电荷区,此外在1 km下方有一个负极性电荷区,雷暴云顶附近5.7~6.9 km之间为一个弱负极性屏蔽电荷区.其中,中部负电荷区和下部正电荷区由多个不同强度、不同厚度的电荷层构成.此外,电场探空系统在中部负电荷区高度范围内经历的上升—下沉—再次上升的往返探空数据表明,雷暴云内动力环境复杂,电荷结构分布相似但又有所差异,反映了实际雷暴云内电荷分布的时空不均匀性和复杂性. 相似文献
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通过详细的野外调查，并结合遥感解译、室内试验以及数值模拟等手段，对矮子沟巨型古滑坡的基本特征、形成机制及运动演化过程进行了深入研究。矮子沟古滑坡的形成条件为：滑坡剪出口与坡脚之间存在巨大的高差，为滑坡的形成创造了良好的临空条件；顺向岸坡结构以及坡体内发育的多组控制性结构面是滑坡发生的结构基础；玄武岩系中的凝灰岩软弱夹层削弱了岩体的完整性，地表水及地下水长期入渗，水的软化作用降低了软弱夹层的抗剪强度；地震作用是造成岩体最终滑动失稳的关键因素。该滑坡的动力学过程可划分为四个阶段：(1)启程活动阶段。斜坡地形效应使得地震波在斜坡上部表现出异常放大现象，当短时间内积聚的振动能量超过岩土体的强度时，易形成高位滑坡，滑坡的变形破坏机制为拉裂-滑移；(2)近程活动阶段。近3.82×108 m3的滑坡物质高位高速下滑，与矮子沟右岸坡体发生猛烈碰撞后进一步碎裂解体；(3)高速远程碎屑流阶段。碎屑流继续沿矮子沟高速运动约3 km；(4)堆积堵江阶段。滑坡物质最终形成体积为2.73×108 m3的巨型堰塞坝，堵塞金沙江并... 相似文献