| 题名 | 青藏高原及毗邻地区的雷暴电学特征及其成因探讨 |
| 作者 | 张廷龙 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2007-12-06 |
| 授予单位 | 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所 |
| 授予地点 | 寒区旱区环境与工程研究所 |
| 导师 | 郄秀书 |
| 关键词 | 青藏高原 雷暴云 闪电物理特征 电荷结构 |
| 其他题名 | Studies on the Electrical Characteristics of Thunderstorm and the Mechanisms over Tibetan Plateau and Its Surrounding Areas |
| 学位专业 | 大气物理学与大气环境 |
| 中文摘要 | 青藏高原平均海拔4000米以上，由于受其大范围热、动力作用的影响，使得青藏高原及邻近地区的夏季闪电活动具有一定的特殊性。为了对该地区的雷暴电活动特征有较为系统的认识，本文对西藏那曲、青海大同、甘肃中川和平凉四个不同海拔高度地区的雷暴和闪电进行了综合观测实验；在此基础上，对四个地区的雷暴电活动特征及闪电物理特征进行了详细研究，得到了四个地区雷暴电学特征的异同；在综合实验研究结果和数值模拟结果的基础上，总结得到了高原具有不同电学特征的两类雷暴的电荷结构物理模型；结合环境热动力参量的影响，对两类雷暴的物理成因进行了详细研究。主要结论如下： 1. 青藏高原地区雷暴及闪电活动具有明显的季节变化和日变化，尽管在不同地区略有差异，但闪电活动主要发生在4～9月，就其日变化而言，主要发生在午后。地面观测显示在19:00左右还有一个持续时间较短的闪电活动峰值。 2. 对闪电活动与气象要素之间关系的研究表明，空气湿度过大或过小都不利于闪电的发生。当相对湿度小于80%时，雷暴闪电数与湿度呈正相关，但对应的雷暴数较少；当相对湿度大于80%时，闪电数与相对湿度呈负相关，但有利于雷暴的发生。决定雷暴闪电数多少的另一个重要因素是地气温差，地气温差越大，越容易形成较强的上升气流，雷暴闪电活动就越强，反之，闪电活动就弱。但当地气温差过大，而空气更为干燥的情况下，虽然雷暴形成的上升气流更强，但通常雷暴的起电和放电都较弱。 3．四个不同地区的正地闪所占比例明显与海拔高度有一定的响应关系，即随着海拔高度的增加，正地闪比例也有增加的趋势。无论正、负地闪，大部分以单次回击为主。高原雷暴另一个较为显著的特征是大部分地闪在首次回击之前都有较长时间的云内放电过程。 4. 根据当顶雷暴的地面电场极性不同，可以将四个地区的雷暴分为与低海拔地区常规雷暴类似的常规型雷暴和云下部具有大范围正电荷区(简称LPCC)的特殊型雷暴两类。特殊型雷暴所占比例随海拔高度的增加而增加，平均闪电频数整体要高于高原常规型雷暴。根据地闪发生情况可将特殊型雷暴分为三种类型：IC型，整个过程发生的闪电全为云闪，无地闪发生；-CG型，在雷暴中后期有负地闪发生或雷暴发生的地闪主要以负极性为主；+CG型，地闪主要以正极性为主。在西藏那曲这三雷暴所占比例分别为19%、66.7%和14.3%。结合气象要素来看，IC型对应的地表温度和地气温差都是最大的，相对湿度比较小；而+CG型对应的气温和湿球位温是最大的，而地气温差却是最小的，云底高度与IC型相当；对于-CG型对应的相对湿度偏大，而地表温度和气温在三者之间是最小的。 5. 利用最小二乘法对青海大通一次特殊型雷暴过程产生的正、负地闪的中和电荷源位置及电荷量的拟合结果表明，负地闪释放的云内负电荷离地高度主要分布在3～5公里的范围内，而两个正地闪发生在5～6公里的高度范围，从而提供了具有较大LPCC的特殊雷暴云上部存在正电荷区的直接证据。同时还发现在雷暴发展的不同时段，随着回击次数的增加，具有多次回击的负地闪各次回击所释放电荷源的高度位置变化趋势有所不同。 6. 利用地面气象要素和大气层结参数对西藏那曲地区的特殊型雷暴和常规型雷暴的成因进行了研究，发现相对常规型雷暴，特殊型雷暴对应的地面湿度较小，但地气温差较大，上升气流较强，暖云区厚度较小，雷暴起电的混合相区域内（0℃ ~-40℃）的总比含水量较大。从而反转温度层下的混合区内的水成物粒子的浓度以及尺寸较大，软雹和冰雹等大粒子通过非感应起电机制携带有正电荷且电荷密度较大，导致地面电场在雷暴当顶阶段由LPCC控制。对于常规型雷暴，反转温度层下的部分混合相区域内的水成物粒子浓度和尺寸较小，尽管软雹等大粒子通过非感应起电机制带有正电荷，但强度较小，随着雷暴的发展，大粒子在反转温度层以上长大成熟并携带有负电荷，由于其电荷密度大于下部正电荷区，使得地面电场由云内负电荷区所控制。 7. 实验观测资料和数值模拟结果分析表明，高原雷暴与主要电荷区域相联系的基本电荷结构可以用三极性来简化表示。雷暴在开始发展阶段首先出现下部偶极子，中部为负电荷区，下部为正电荷区，负电荷区强度相对下部正电荷区要大；当雷暴发展到旺盛阶段时，下部正电荷区和中部负电荷区都增强，雷暴云上部出现强度较大的正电荷区，整体上呈三极性电荷结构；在雷暴的后期，由于降水和下沉气流的作用，下部正电荷区逐渐减弱，并最后消失。从其成因看，两类雷暴在电荷结构方面没有本质的差别，在成熟阶段都呈三极性电荷结构，只是由于下部正电荷区的强弱不同使得地面电场在雷暴当顶时呈不同极性。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2013-08-22 |
| 页码 | 125 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.casnw.net/handle/362004/21661]  |
| 专题 | 寒区旱区环境与工程研究所_研究生学位论文_学位论文 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 张廷龙. 青藏高原及毗邻地区的雷暴电学特征及其成因探讨[D]. 寒区旱区环境与工程研究所. 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所. 2007. |
| 个性服务 |
| 查看访问统计 |
| 相关权益政策 |
| 暂无数据 |
| 收藏/分享 |
除非特别说明，本系统中所有内容都受版权保护，并保留所有权利。
修改评论