ISSN 1004-4965

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广东一次雷暴过程的宏微观及电特征的数值模拟

郭凤霞 黄兆楚 王曼霏 李扬 穆奕君 廉纯皓 曾凡辉

郭凤霞, 黄兆楚, 王曼霏, 李扬, 穆奕君, 廉纯皓, 曾凡辉. 广东一次雷暴过程的宏微观及电特征的数值模拟[J]. 热带气象学报, 2018, 34(5): 626-636. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2018.05.005
引用本文: 郭凤霞, 黄兆楚, 王曼霏, 李扬, 穆奕君, 廉纯皓, 曾凡辉. 广东一次雷暴过程的宏微观及电特征的数值模拟[J]. 热带气象学报, 2018, 34(5): 626-636. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2018.05.005
Feng-xia GUO, Zhao-chu HUANG, Man-fei WANG, Yang LI, Yi-jun MU, Chun-hao LIAN, Fan-hui ZENG. NUMERICAL SIMULATION OF MACRO-PHYSICAL, MICRO-PHYSICAL AND ELECTRICAL CHARACTERISTICS OF A THUNDERSTORM IN GUANGDONG CHINA[J]. Journal of Tropical Meteorology, 2018, 34(5): 626-636. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2018.05.005
Citation: Feng-xia GUO, Zhao-chu HUANG, Man-fei WANG, Yang LI, Yi-jun MU, Chun-hao LIAN, Fan-hui ZENG. NUMERICAL SIMULATION OF MACRO-PHYSICAL, MICRO-PHYSICAL AND ELECTRICAL CHARACTERISTICS OF A THUNDERSTORM IN GUANGDONG CHINA[J]. Journal of Tropical Meteorology, 2018, 34(5): 626-636. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2018.05.005

广东一次雷暴过程的宏微观及电特征的数值模拟

doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2018.05.005
基金项目: 

国家重点研发计划 2017YFC1501503

中国气象科学研究院基本科研业务费专项 2016Z002

国家自然科学基金项目 91537209

国家自然科学基金项目 41875002

详细信息
    通讯作者:

    郭凤霞,女,甘肃人,教授,主要从事大气电学研究工作。E-mail :guofx@nuist.edu.cn

  • 中图分类号: P446

NUMERICAL SIMULATION OF MACRO-PHYSICAL, MICRO-PHYSICAL AND ELECTRICAL CHARACTERISTICS OF A THUNDERSTORM IN GUANGDONG CHINA

  • 摘要: 采用三维雷暴云动力-电耦合数值模式,模拟了2015年7月17日广东清远一次系统性强雷暴过程,探究此次雷暴的宏微观及电活动特征,从微物理角度出发,分析电荷结构的复杂成因。结果表明,由于水汽充足,上升气流速度大,云体高度高,小粒子随着强上升气流快速上升,迅速增长为雨滴等大粒子,降水出现早,强度大,较高的气温,使得很难产生固态降水。本次过程中,电荷结构由三极性结构逐渐演变成偶极性结构,这是由于霰的自动转化作用较强,中层霰粒在雷暴云成熟期转化为雹下落,上升气流由于强降水的发生不能维持,冰晶和霰粒子分布区域重合面积减少,非感应起电减弱,使得下部电荷结构消散。较高的电荷区高度使得云闪数目远远多于地闪数目。

     

  • 图  1  2015年7月17日20:00清远探空T-lnP图

    蓝色虚线为露点温度,蓝色实线为温度层结曲线,红色实线为状态曲线。

    图  2  大于5 m/s的上升速度体积等值线图(a)和小于-2.5 m/s的下沉速度体积值线图(b)

    Max代表最大值;灰色短实线从低到高分别是0 ℃、-10 ℃、-20 ℃和-40 ℃所在位置。单位:km3

    图  3  闪电频次(单位:次/min)和上升、下沉速度(单位:m/s)及降水强度(单位:mm/h)随时间的演变

    图  4  粒子比含水量(各高度水平最大值)的时空演变

    a.云滴粒子;b.雨滴粒子;c.霰粒子;d.冰晶粒子;e.雹粒子。Max代表最大值;
    灰色短实线从低到高分别是0 ℃、-10 ℃、-20 ℃和-40 ℃所在位置。  单位:g/kg。

    图  5  霰粒(a)、冰晶(b)和雹(c)主要源(1)、汇(2)项质量产生率随时间的变化    单位:t/s。

    图  6  各高度上水平最大净电荷密度(红色代表正电荷,蓝色代表负电荷)随时间的演变

    红色虚线从低到高分别是0 ℃、-10 ℃、-20 ℃和-40 ℃等温线。单位:nC/m3

    图  7  特殊时刻霰和冰晶粒子数浓度(红色代表冰晶粒子,蓝色代表霰粒子;单位:10i/m3)的剖面分布(a);特殊时刻冰晶(b)和霰(c)比含水量y=18 km的剖面分布

    1.第35 min;2.第50 min;3.第65 min;4.第80 min。单位:g/kg。紫色虚线从低到高分别是0 ℃、-10 ℃、-20 ℃和-40 ℃等温线。

    图  8  特殊时刻电荷起电率(红色代表正电荷起电率,蓝色代表负电荷起电率;单位:pC/(m3s))的等值线分布(a);特殊时刻冰晶(b)和霰(c)电荷密度y=18 km的剖面分布

    1.第35 min;2.第50 min;3.第65 min;4.第80 min。单位:nC/m3。紫色虚线从低到高分别是0 ℃、-10 ℃、-20 ℃和-40 ℃等温线。

  • [1] RANDELL S C, RUTLEDGE S A. A modeling study on the early electrical development of tropical convection: continental and oceanic (monsoon) storms[J]. Mon Wea Rev, 1994, 122: 1 852-1 877.
    [2] 郑栋, 张义军, 马明, 等.大气环境层结对闪电活动影响的模拟研究[J].气象学报, 2007, 65(4): 622-632.
    [3] 郭凤霞, 张义军, 郄秀书, 等.雷暴云不同空间电荷结构数值模拟研究[J].高原气象, 2003, 22(3): 268-274.
    [4] 言穆弘, 郭昌明, 葛正谟.积云动力和电过程二维模式研究Ⅰ:计算结果[J].地球物理学报, 1996, 39(增刊): 65-77.
    [5] 张义军, 言穆弘, 张翠华, 等.不同地区雷暴电荷结构的模式计算[J].气象学报, 2000, 58(5): 617-627.
    [6] ZHENG L L, SUN J H, WEI J. Thunder events in China: 1980-2008[J]. Atmospheric and Oceanic Science Letters, 2010, 3(2): 181-188.
    [7] 易燕明, 杨兆礼, 万齐林.雷电灾害对珠江三角洲区域经济发展的影响[J].资源科学, 2005, 27(1): 64-68.
    [8] 涂燕铭, 潘耀清, 周彦斌, 等.广东雷暴多发的原因分析及其预防对策[J].广东气象, 2000(增刊2): 33-35.
    [9] 张义军, 刘欣生, 肖庆复.中国南北方雷暴及人工触发闪电特性的对比分析[J].高原气象, 1997, 16(2): 113-121.
    [10] 郄秀书, 张义军, 张其林.闪电放电特征和雷暴电荷结构研究[J].气象学报, 2005, 63(5): 646-658.
    [11] 张敏锋, 刘欣生, 张义军.广东地区雷电活动的气候分布特征[J].热带气象学报, 2000, 16(1): 46-53.
    [12] 董万胜, 刘欣生, 张义军, 等.云闪放电通道发展及其辐射特征[J].高原气象, 2003, 22(3): 221-225.
    [13] 汪林生.清远地区110~500 kV架空输电线路防雷措施的研究[D].吉林大学, 2017.
    [14] 郑栋, 张义军, 孟青, 等.北京地区雷暴过程闪电与地面降水的相关关系[J].应用气象学报, 2010, 21(3): 287-297.
    [15] 郭凤霞, 张义军, 言穆弘, 等.环境温湿层结对雷暴云空间电荷结构的影响[J].高原气象, 2004, 23(5): 678-683.
    [16] 孔凡铀, 黄美元, 徐华英.对流云中冰相过程的三维数值模拟Ⅰ:模式建立及冷云参数化[J].大气科学, 1990, 14(4): 441-453.
    [17] 孔凡铀, 黄美元, 徐华英.对流云中冰相过程的三维数值模拟Ⅱ:繁生过程作用[J].大气科学, 1991, 15(1): 78-88.
    [18] 孙安平, 言穆弘, 张义军, 等.三维强风暴动力-电耦合数值模拟研究Ⅰ:模式及其电过程参数化方案[J].气象学报, 2002, 60(6): 722-731.
    [19] 孙安平, 言穆弘, 张义军, 等.三维强风暴动力-电耦合数值模拟研究Ⅱ:电结构形成机制[J].气象学报, 2002, 60(6): 732-739.
    [20] 郭凤霞, 张义军, 言穆弘.雷暴云首次放电前两种非感应起电参数化方案的比较[J].大气科学, 2010, 34(2): 361-373.
    [21] ZIEGLER C L, MACGORMAN D R, DYE J E, et al. A model evaluation of non-inductive graupel-ice charging in the early electrification of a mountain thunderstorm[J]. J Geophy Res, 1991, 96(D7): 12 833-12 855.
    [22] SAUNDERS C P R, KEITH W D, MITZEVA R P. The effect of liquid water on thunderstorm charging[J]. J Geophy Res, 1991, 96(D6):11 007-11 017.
    [23] MANSELL E R, MACGORMAN D R, ZIEGLER C L, et al. Simulated three-dimensional branched lighting in a numerical thunderstorm model[J]. J Geophy Res, 2002, 107(D9): 4 075.
    [24] 郭凤霞, 王昊亮, 孙京, 等.积云模式下三维闪电分形结构的数值模拟[J].高原气象, 2015, 34(2): 534-545.
    [25] MARSHALL T C, MCCARTHY M P, RUST W D. Electric field magnitudes and lightning initiation in thunderstorms[J]. J Geophy Res, 1995, 100(D4): 7 097-7 103.
    [26] 盛裴轩, 毛节泰, 李建国, 等.大气物理学[M].第二版.北京:北京大学出版社, 2013.
    [27] 丁丽佳, 王春林, 凌良新.广东地区平均气温的时空变化特征[J].中国农业气象, 2011, 32(4): 500-506.
    [28] CHEN L, ZHANG Y, LU W, et al. Performance evaluation for a lightning location system based on observations of artificially triggered lightning and natural lightning flashes[J]. J Atmos Oceanic Tech, 2012, 29(12): 1 835-1 844.
    [29] MANSELL E R, MACGORMAN D R, ZIEGLER C L, et al. Charge structure and lightning sensitivity in a simulated multicell thunderstorm[J]. J Geophys Res, 2005, 110(D12): ACL2-1-2-14.
    [30] 郭凤霞, 陆干沂, 吴鑫, 等.强雷暴中正地闪发生的条件[J].中国科学:地球科学, 2016, 46(5): 730-742.
    [31] 黄秀媚.广东省0 ℃层高度变化分析[J].广东气象, 2011, 33(3): 56-61.
    [32] 周盼盼, 张明军, 王圣杰, 等.高亚洲地区夏季0℃层高度变化及其影响特征研究[J].高原气象, 2017, 36(2): 371-383.
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-09-15
  • 修回日期:  2018-03-26
  • 刊出日期:  2018-10-01

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