ISSN 1004-4965

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一次暖云降水主导的暴雨过程中电荷结构特征及其成因的模拟研究

张坤 郭凤霞 谭涌波 蔡彬彬 刘泽 张志伟 初雨 邹迪可 吴泽怡

张坤, 郭凤霞, 谭涌波, 蔡彬彬, 刘泽, 张志伟, 初雨, 邹迪可, 吴泽怡. 一次暖云降水主导的暴雨过程中电荷结构特征及其成因的模拟研究[J]. 热带气象学报, 2021, 37(3): 478-489. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2021.046
引用本文: 张坤, 郭凤霞, 谭涌波, 蔡彬彬, 刘泽, 张志伟, 初雨, 邹迪可, 吴泽怡. 一次暖云降水主导的暴雨过程中电荷结构特征及其成因的模拟研究[J]. 热带气象学报, 2021, 37(3): 478-489. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2021.046
ZHANG Kun, GUO Fengxia, TAN Yongbo, CAI Binbin, LIU Ze, ZHANG Zhiwei, CHU Yu, ZOU Dike, WU Zeyi. SIMULATION STUDY OF CHARACTERISTICS AND CAUSES OF CHARGE STRUCTURE IN RAINSTORM DOMINATED BY WARM CLOUD PRECIPITATION[J]. Journal of Tropical Meteorology, 2021, 37(3): 478-489. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2021.046
Citation: ZHANG Kun, GUO Fengxia, TAN Yongbo, CAI Binbin, LIU Ze, ZHANG Zhiwei, CHU Yu, ZOU Dike, WU Zeyi. SIMULATION STUDY OF CHARACTERISTICS AND CAUSES OF CHARGE STRUCTURE IN RAINSTORM DOMINATED BY WARM CLOUD PRECIPITATION[J]. Journal of Tropical Meteorology, 2021, 37(3): 478-489. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2021.046

一次暖云降水主导的暴雨过程中电荷结构特征及其成因的模拟研究

doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2021.046
基金项目: 

国家重点研发计划项目 2017YFC1501503

国家自然科学基金项目 41975003

国家自然科学基金项目 41775131

详细信息
    通讯作者:

    郭凤霞, 女, 甘肃省人, 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: P427.3

SIMULATION STUDY OF CHARACTERISTICS AND CAUSES OF CHARGE STRUCTURE IN RAINSTORM DOMINATED BY WARM CLOUD PRECIPITATION

  • 摘要: 为了认识以暖云强降水为主导的对流单体中的电荷结构特征及其形成原因, 利用加入了起放电参数化方案的WRF模式, 模拟了2017年5月7日广州局地突发的以暖云降水为主导的特大暴雨过程, 分析讨论了此次过程中一个单体成熟发展阶段的电荷结构的特征及其成因。结果表明, 此次以暖云降水为主导的特大暴雨过程中的单体对流强度较弱, 云顶高度低于同地区典型对流过程, 强回波区由大雨滴形成, 范围较小, 顶较低, 对流运动向0℃层以上输送的过冷水较少, 不利于冰相粒子形成, 导致大小冰相粒子含量均较少, 其中含量最多的冰相粒子为雪花, 其次依次为霰、冰晶、冰雹。云内起电较弱, 以非感应起电为主。非感应起电主要以对流区中-15℃层以下正的起电率为主, 感应起电率以对流区中的负极性为主。对流区中空间净电荷呈三极性结构, 其中中部负电荷区和底部正电荷区中心电荷密度及电荷区范围相当, 上部正电荷区相对较弱, 范围较小。对流区外围仅有弱的中部负电荷区和底部正电荷区。中部负电荷区由带负电荷的冰晶和雪花共同主导, 上部正电荷区由带正电荷的雪花主导, 底部正电荷区主要是由带正电荷的霰粒子及带正电荷的雨滴主导。强起电区和放电区重合, 主要集中在回波中心上部35~50 dBZ的对流区。

     

  • 图  1  2017年5月6日20时清远探空站探空曲线

    绿色实线为露点曲线,黑色实线为状态曲线,红色实线为层结曲线。

    图  2  模拟区域示意图(d01为最外层,d02为最内层)

    图  3  广州雷达实测组合回波反射率

    a~d分别为2017年5月7日00时、02时、05时、07时。

    图  4  模拟得到的雷达组合回波反射率

    a~d分别为2017年5月6日23:40, 7日01:40、04:40、06:40。

    图  5  实测和模拟的反射率因子剖面图(a为图 3b黑线处剖面,b为图 4b黑线处剖面)

    黑色虚线为等温线(从下往上分别为0℃,-10℃,-20℃,-30℃,-40℃)

    图  6  沿图 4b黑线所示的剖面上各水成物粒子比含水量(彩色阴影)、反射率因子(黑色等值线,由外到内数值分别为35、40、45、50、55、60 d BZ)、风速(水平与垂直风速的叠加,矢量箭头)、黑色虚线为等温线(从下往上分别为0、-10、-20、-40℃)、数浓度(蓝色等值线;霰:103·kg-1,冰晶:107·kg-1,雪:105·kg-1,雹:101·kg-1,云水:108·kg-1,雨:104·kg-1)a.霰;b.冰晶;c.雪;d.雹;e.云水;f.雨。

    图  7  沿图 4b黑线所示的剖面上各水成物粒子空间电荷混合比(彩色阴影)与净电荷垂直分布(黑色等值线,单位为nC·m3,实线为正,虚线为负)、黑色虚线为等温线(从下往上分别为0℃,-10℃,-20℃,-40℃)a.霰;b.冰晶;c.雪;d.雹;e.云水;f.雨。

    图  8  沿图 4b黑线所示的剖面上感应起电率(等值线,实线为正,虚线为负)与非感应起电率(彩色阴影图)叠加图(a)和净电荷垂直分布(彩色阴影图)、闪电起始点(黑色圆点)与反射率因子(蓝色等值线)叠加图(b)

    黑色虚线为等温线,从下往上分别为0℃,-10℃,-20℃。

    图  9  暖云降水主导的暴雨过程(a)与典型对流过程(b)单体成熟阶段云内起电与放电区位置概念图

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出版历程
  • 收稿日期:  2020-08-24
  • 修回日期:  2021-01-19
  • 网络出版日期:  2021-09-27
  • 刊出日期:  2021-06-01

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