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三维强风暴动力-电耦合数值模拟研究Ⅱ:电结构形成机制 总被引：1，自引：0，他引：1
文中利用文献 [1]所建立的三维强风暴动力 -电耦合模式模拟研究了CCOPE(CooperativeConvectivePrecipita tionExperiment)计划 1981年 7月 19日的一次强雷暴过程 ,分析了该雷暴云中电结构的时空演变特征和形成机制 ,讨论了起电、降水和对流三者间的相互关系。结果表明 ,感应和非感应起电机制是雷暴云电结构形成的主要机制 ,冰相物的出现大大增强了雷暴中的起电过程。雷暴云中最大电场出现的时间与最大固态降水强度的出现基本同时 ,但比最大液态降水强度和最大上升速度出现的时间略有滞后 ,云中最大上升速度与最大液态降水强度基本同时出现。云中最大电场出现的时段正好是最大上升速度达到最大值后回落的阶段。雷暴云中起电活动的强弱还受云中微物理过程的发展和冰相物出现时间的影响 ,对流运动与起电过程的关系主要体现在对流运动影响着云中的凝结和冻结过程 ,从而与冰相物出现的时间有关。而仅仅依靠对流运动对正负离子的输送机制不可能产生云中接近放电的临界电场。 相似文献
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三维强风暴动力-电耦合数值模拟研究Ⅱ:电结构形成机制 总被引：13，自引：1，他引：13
文中利用文献[1]所建立的三维强风暴动力-电耦合模式模拟研究了CCOPE(Cooperative Convective Precipitation Experiment)计划1981年7月19日的一次强雷暴过程,分析了该雷暴云中电结构的时空演变特征和形成机制,讨论了起电、降水和对流三者间的相互关系.结果表明,感应和非感应起电机制是雷暴云电结构形成的主要机制,冰相物的出现大大增强了雷暴中的起电过程.雷暴云中最大电场出现的时间与最大固态降水强度的出现基本同时,但比最大液态降水强度和最大上升速度出现的时间略有滞后,云中最大上升速度与最大液态降水强度基本同时出现.云中最大电场出现的时段正好是最大上升速度达到最大值后回落的阶段.雷暴云中起电活动的强弱还受云中微物理过程的发展和冰相物出现时间的影响,对流运动与起电过程的关系主要体现在对流运动影响着云中的凝结和冻结过程,从而与冰相物出现的时间有关.而仅仅依靠对流运动对正负离子的输送机制不可能产生云中接近放电的临界电场. 相似文献
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碘化银播撒对云和降水影响的中尺度数值模拟研究 总被引：11，自引：7，他引：4
通过在WRF (Weather Research and Forecasting) 中尺度天气数值模式中引入碘化银与云相互作用过程, 建立了中尺度播撒碘化银数值模式。研究了碘化银播撒对于中尺度对流天气过程中云和降水的影响, 研究了不同播撒部位、 播撒时间和播撒剂量情况下碘化银的扩散、 传输及其对云中水成物和降水量的影响。研究结果表明, 碘化银在云中的扩散传输过程与播撒的位置有很大关系, 在最大上升气流区播撒的碘化银能随着气流更快地扩散到云体上部过冷水含量丰富的区域, 播撒在云上层入流区和云下层入流区的碘化银扩散到云中过冷水区需要时间更长, 同时有大部分停留在云体边缘。碘化银能与云中过冷水相互作用, 消耗过冷水使云中冰晶数浓度明显增加, 从而使霰粒子转化减少, 过冷水更多地转化为雪粒子, 过冷水凝结释放出潜热使上升气流增强, 促进了对流发展。由于雨水含量的增加, 地面降水也出现增加。碘化银播撒率对地面降水量影响很大, 当播撒率为0.6 g/s时, 播撒对降水的影响时间超过4小时, 增雨的效果更好。播撒率为0.1 g/s时增雨效果不明显, 当播撒率为1.2 g/s 时, 对总降水可能出现抑止作用。对比碘化银播撒率为0.6 g/s时12小时地面增雨量, 在云上层入流区播撒碘化银试验中, 地面增雨量比对最大过冷水含量区的催化试验提高了48.7%, 最大上升气流区播撒试验增雨效果最好, 地面增雨量比在最大过冷水区域播撒提高了72.1%。 相似文献
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为了研究冰晶繁生在雷暴云发展过程中对非感应起电过程的影响,利用三维雷暴云模式在理想层结环境下,对雷暴云内各种水成物粒子、电荷以及电场分布情况进行数值模拟。模拟结果表明:在雷暴云发展和成熟阶段,有繁生过程参与的雷暴云中下部存在一个冰晶聚集区域,从而使得云内冰晶的数量较无繁生过程增大约1 5%～18%,且聚集的区域范围更大;同时,繁生过程的加入也使得霰粒子数量也比无繁生过程时增大约20%;霰冰非感应电荷转移的正区一般位于霰粒子浓度高值区附近,而负区位于冰晶和霰粒子浓度高值区相重合的区域;冰晶繁生过程通过影响雷暴云中冰晶和霰粒子浓度和分布位置,使得雷暴云非感应起电的强度和位置发生改变,导致云内起电过程提前约5～6 min。 相似文献
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利用加入起电、放电参数化方案的数值模式[Weather Research and Forecasting Model(Version3.7.1),WRF3.7.1＿ELEC],分别对发生在青藏高原东北部青海大通地区和华北地区北京西部山区的两次雷暴过程进行模拟研究,对比分析两个不同地区雷暴个例的电荷结构特征差异及原因。结果表明：对发生在两个地区的雷暴个例,模式均能够较好地模拟出雷暴的移动方向、回波强度以及形状的变化特征。对比两个个例不同发展阶段雷暴云电荷结构可以看出,除了在发展旺盛阶段两个地区的雷暴云电荷结构自下而上均为“+-+-”的四层结构,在发展初始阶段和消亡阶段,两个地区雷暴云电荷结构明显不同。造成两个雷暴个例在雷暴云初始和消亡阶段电荷分布差异的主要原因是云中霰粒子混合比和有效液态水含量的差异。 相似文献
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不同地区雷暴电荷结构的模式计算 总被引：11，自引：2，他引：9
利用二维时变轴对称模式和实际探空资料 ,模式计算了南昌、兰州和昌都 3个地区雷暴云的电荷结构 ,并对形成机制进行了讨论。结果表明 :兰州地区雷暴的上升气流速度最大 ,雷暴发展最快 ;南昌地区雷暴次之 ;昌都地区雷暴最弱。南昌地区雷暴的持续时间最长。在雷暴的初始阶段 3个地区都存在雷暴下部次正电荷区 ,在雷暴的成熟阶段兰州地区在感应和非感应起电机制的共同作用下雷暴呈明显的 3极性电荷结构 ,南昌地区的雷暴主要在感应起电机制作用下形成偶极性电荷结构 ,而昌都地区的雷暴在非感应起电机制作用下形成偶极性电荷结构。 3个地区的雷暴负电荷区中心基本处于 - 1 0～ - 2 0℃的同一温度区内。中国北方地区的温度层结有利于形成 3极性电荷结构 ,且通过非感应起电机制来完成。 相似文献
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利用已有的二维雷暴云起、放电模式模拟了一次雷暴天气,并通过敏感性试验研究了冰核浓度变化对雷暴云动力、微物理及电过程的影响。结果表明：随着大气冰核浓度的增加,雷暴云发展提前,上升气流速度和下沉气流速度均呈现降低的趋势。大气冰核浓度提升有利于异质核化过程增强,冰晶在高温区大量生成,而同质核化过程被抑制,因此冰晶整体含量降低,引起低温区中霰粒含量降低和高温区中霰粒尺度降低。在非感应起电过程中,正极性非感应起电率逐渐减小,负极性非感应起电率逐渐增大。由于液态水含量随大气冰核浓度的增加逐渐降低,高温度冰晶携带电荷的极性由负转变为正的时间有所提前。在感应起电过程中,由于霰粒尺度减小及云滴的快速消耗,感应起电率极值逐渐降低。冰晶优先在高温区生成而带负电,不同大气冰核浓度下的雷暴云空间电荷结构在雷暴云发展初期均呈现负的偶极性电荷结构。在雷暴云旺盛期,随着冰核浓度增加,空间电荷结构由三极性转变为复杂四极性。在雷暴云消散阶段不同个例均呈现偶极性电荷结构,且随着冰核浓度的增加电荷密度值逐渐减小。 相似文献
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利用已有的二维对流云模式,讨论了三种不同的冰核谱对雷暴云微物理、起电及电荷结构的影响。模拟结果表明:(1)不同的冰核谱环境对雷暴云中冰相粒子的含量及分布具有明显作用。冰核谱的垂直温区越大,产生的冰相粒子分布越广。在冰核浓度较大的个例中,冰晶和霰粒子的含量高,更多的小冰相粒子出现在海拔更高的区域;(2)高温区冰核的数量会对上升气流速度产生显著影响。高温区的冰核越多,冰相粒子在微物理发展过程中释放的潜热越多,上升气流强,对流发展越旺盛;(3)在低温区冰晶浓度高的谱环境个例中,雷暴云中的非感应起电率和感应起电率高,导致起电量增加。高温区冰核多的谱环境,大量冰晶和霰获得正电荷形成次正电荷区,电荷结构呈现三极性;而高温区冰核少的谱环境,参与起电的水成物粒子少,易形成偶极性电荷结构。 相似文献
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北半球50 hPa平均环流场的气候特征及其与我国夏季降水关系的初步分析 总被引：8，自引：3，他引：5
通过分析北半球５０ｈＰａ平均环流场及其月际差、方差分布,得出５０ｈＰａ平均环流场以季节变化最显著,同时计算了我国东部华北、淮河、长江中下游、江南和华南等５个区夏季降水指数与前期冬季１２～２月、春季３～５月、同期６～８月北半球５０ｈＰａ环流的相关,其中以屯前期春季３～５月５０ｈＰａ平均环流的关系最显著。 相似文献
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利用甘肃雨养农业区11个站点的土壤湿度资料及其相关的气象资料分析了该区域土壤水分时空变化规律、降雨量的补给和作物土壤水分状况.该区域土壤含水量自东南向西北减小, 变异系数增大.土壤水分不足区水分变化主要集中在90 cm以上, 而土壤水分严重不足区、作物生育关键期土壤水分不足区和土壤水分充足区水分变化深度可达180 cm左右.雨季降雨量对土壤水分补给率的地域变化范围为15.3%~41.7%; 补给率除受降雨量的影响外, 土壤类型也是一个重要的制约因子.除成县、临夏和西峰外, 其余各站在小麦生育期水分亏缺量均超过100 mm, 占需水量的30%~50%. 相似文献
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对华北一次特大台风暴雨过程的位涡诊断分析 总被引：59，自引：23，他引：36
通过对９６０８号台风低压及其外围暴雨位和等熵面上物理量场的分析,揭示了台风低压北上诱发暴雨过程的位涡场的结构及冷空气对暴雨增幅的作用,给出此次暴雨增幅过程的图像。分析表明：对流层低层中高纬度冷空气（高位涡）扩散南下在台风低压环流区附近的“侵入”作用是此次特大暴雨过程的最重要的原因之一;等熵面位涡的分析进一步说明了中高纬地区冷空气的活动状况;对流层高层或平流层低层位涡的下传有利于位势不稳定能量的释放 相似文献
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该文分析了云南近50年气候生产力变化特征以及气候变化对农业生产的影响.重点对气温、降水与小麦、水稻产量形成的关系进行了研究, 结果表明12月至翌年2月的降水是小麦增减产的关键因子, ≥10 ℃的积温比降水更有利于水稻生产.同时针对制约农业增产的重要气象灾害发生时期进行诊断, 发现小春作物的主要气象灾害是1~2月的冬旱和2~4月的倒春寒, 大春作物的主要气象灾害是5月干旱和7~8月的低温冷害. 相似文献
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Summary The Earths local fair-weather electric field is significantly affected by small ions present in the atmosphere. These ions are typically smaller than 0.001µm and occur in concentrations from 500 to 600cm–3 in air. Attachment to larger aerosol particles may severely decrease the mobility of these atmospheric ions resulting in an increased local electric field. The number concentration of environmental aerosol particles in the size range 0.1 to 5.0µm was measured with two automatic laser scattering particle counters. The Earths electric field was monitored with an electric fieldmeter. Measurements were made in clean air and in an environment highly polluted by wood smoke. The electric field was found to be positively correlated to the aerosol number concentration. During one 24-hour period of measurement, the electric field increased from 180 to about 280Vm–1 as the number concentration of aerosols larger than 0.1µm increased from about 2000 to 9000cm–3. The number concentrations of aerosols larger than 0.1 and 0.3µm were both found to be positively correlated with the Earths electric field with correlation coefficients of 70% and 61%, respectively.Present address: School of Physical Sciences, Queensland University of Technology, Brisbane 4001, Australia. 相似文献
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Separation of electrostatic charge during the transport of particles by wind adds a force to the gravitational and fluid forces that determine trajectories of particles moving by saltation. Evaluating this electrostatic force requires the electric field strength very near the saltation surface, and charge-to-mass ratios for the moving particles. Field mill readings 4 cm above the surface in a moderate blizzard showed electric field strength as high as +30 kV m-1. Another experiment gave charge-to-mass ratios of individual saltation particles in low-level drifting that ranged between +72 C kg-1 and -208 C kg-1. From these measurements, we estimated electrostatic forces as large as the gravitational force on some saltating particles. Including forces of this magnitude in the equations of motion significantly alters predicted saltation trajectories from those for uncharged particles. Predictions appear reasonable that for some saltating particles, the electrostatic force prevents new surface impacts. These results should help improve models of energy transfer in the planetary boundary layer during blizzards and sandstorms. 相似文献
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Summary A time dependent model for the growth of electric field by an entrainment mechanism has been developed, in which charge separation takes place at the interface of the descending blob due to discontinuity in the conductivity either from the onset of ice process or from the evaporative depletion of small ice or water particles in cloud parcels diluted by entrainment of dry air at the cloud top. Charge generation by the entrainment mechanism may be self limiting in high electric fields. We examine the extent to which the leakage current produced by the electrical forces acting on the descending thermals influences the net charge separation caused by the entrainment mechanism. When the effect of electrical force on the descending blob is negligibly small and the fractional change in conductivity of the blob is 0.75, high electric field of the order of a few hundred kV/m can be generated within the duration of 800s. The electrical force acting on the blods, however, does set an upper limit to the growth of an electric field, and the considered mechanism can generate electric field of the order of ten kV/m within the duration of 400 to 800s, depending on the meteorological and electrical conditions. We conclude that an entrainment mechanism can account for the observed electrification of thunderstorm at the initial stages, but that it is inadequate to generate an electric field high enough to initiate lightning.With 8 Figures 相似文献
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Gary A. Briggs 《Boundary-Layer Meteorology》1993,62(1-4):315-328
TheConvectiveDiffusionObserved byRemoteSensors (CONDORS) field experiment conducted at the Boulder Atmospheric Observatory used innovative techniques to obtain three-dimensional mappings of plume concentration fields, /Q, of oil fog detected by lidar and chaff detected by Doppler radar. It included extensive meteorological measurements and, in 1983, tracer gases measured at a single sampling arc. Final results from ten hours of elevated and surface release data are summarized here. Many intercomparisons were made. Oil fog /Q measured 40m above the arc are mostly in good agreement withSF
6 values, except in a few instances with large spacial inhomogeneities over short distances. After a correction scheme was applied to compensate for the effect of its settling speed, chaff
dy/Q agreed well with those of oil except in two cases of oil fog hot spots. Mass or frequency distribution vs. azimuth or elevation angle comparisons were made for chaff, oil, and wind, with mostly good agreements. Spacial standard deviations, y and z, of chaff and oil agree overall and are consistent at short range with velocity standard deviations vand w 0.6w* (the convective scale velocity), as measured atz>100m. Surface release y is enhanced up to 60% at smallx, consistent with the Prairie Grass measurements and with larger v and reduced wind speed measured near the surface. Decreased y at small dimensionless average times is also noted. Finally, convectively scaled
dy, C
y, were plotted versus dimensionlessx andz for oil, chaff, and corrected chaff for each 30–60 min period. Aggregated CONDORSC
y fields compare well with laboratory tank and LES numerical simulations; surface-released oil fog compares expecially well with the tank experiments. However, large deviations from the norm occurred in individual averaging periods; these deviations correlated strongly with anomalies in measured distributions.On assignment to the US Environmental Protection Agency, Atmospheric Research and Exposure Assessment Laboratory, RTP, NC. 相似文献