题名 | 雷暴云电结构及闪电产生氮氧化物的模型研究 |
作者 | 郭凤霞 |
学位类别 | 硕士 |
答辩日期 | 2003 |
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 | 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所 |
导师 | 张义军 |
关键词 | 三维雷暴云模式 起电机制 电荷结构 放电特征 LNOx输送 |
中文摘要 | 本文利用三维强风暴一动力电祸合模式,对五种起电机制做了敏感性分析,确定了雷暴云内优势与非优势起电机制。同时分别分析了反转温度、中心最大扰动位温、扰动区域及环境层结对雷暴云电荷结构的影响。然后模拟研究雷暴云发展过程中的放电特征及时空分布,同时计算了闪电产生氮氧化物(LNOx)及其输送特征。粒子的扩散和电导起电机制是非优势起电机制,在它们的作用下,垂直电场Ez<l00kv/m。感应起电机制是一种优势起电机制,对于雷暴云单体,在它的作用下,电场可逐渐增加,但由于部分电荷已随降雨达到地面,所以在一定的时间内并不能使电场达到击穿值。冰晶的繁生过程引起的次生冰晶起电机制,也是一种比较重要的起电机制,它主要的作用范围是-3℃-13℃之间。非感应起电机制是目前我们认识的最主要的一种起电机制,可以解释雷暴云中偶极性和三极性的电荷结构。反转温度Tr对雷暴云内电荷结构至关重要,Tr不同,主要的起电区域不同。在相同层结条件下,较低的中心最大扰动位温△θ。对应较弱的雷暴云和准反极性电荷结构;较高的△θe。对应较强的雷暴云和偶极性电荷结构;介于强弱之间时,呈典型的三极性电荷结构。其它条件不变,增加扰动区域的垂直或水平范围,可减弱反转温度层以上的起电活动,但对反转温度层以下的起电区域影响不大。通常南方地区由于层结很不稳定,CAPE较大,主正电荷区电荷浓度及范围大,主正、负电荷区中心高度抬升,偶极性结构明显;高原地区层结不稳定度较小,对流发展弱,云顶高度低,准反偶极性结构较明显;北方地区层结不稳定度介于两者之间,呈典型的三极性电荷结构。湿度对电荷结构也有一定的影响,增加中层平均相对湿度,会使整个雷暴云的不稳定度增加。偶极性电荷结构对应的中层平均相对湿度最大,准反极性对应的中层平均相对湿度最小。所以可以用对流的强弱判断起电的强弱和雷暴云电结构,强对流易形成偶极性电荷结构,弱对流易形成准反偶极性电荷结构。即只要具备相应的层结条件,南方地区也会出现弱对流、弱雷暴、准反极性电结构,高原也有可能出现强雷暴、偶极性电结构。在典型的三极性电荷结构的雷暴云中,整个高度范围上都可以发生放电,但参与放电的点主要分布在负电荷区域中,且电荷浓度越大处,放电频数也越高,此外在正电荷区也有少数放电点,这与国内外观测,云闪起始于负电荷区相一致。在垂直和水平平流的共同输送作用下,与放电频数图相比较,整个含有NOx的区域显得窄长,迎风侧向里凹进,同时整体向X方向略微偏移,位于强上升气流区的LNOx会被向斜上方输送。大气湍流运动造成湍流场中各部分之间强烈混合,不断将含有NOx的空气与周围空气混合,通过湍流输送后,雷暴云中的LNOx会快速向四周扩散,整体浓度呈指数减小。所以平流的作用是整体输送作用,而湍流起的是冲淡稀释作用。 |
语种 | 中文 |
公开日期 | 2013-08-22 |
页码 | 59 |
内容类型 | 学位论文 |
源URL | [http://ir.casnw.net/handle/362004/21958] ![]() |
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 | 郭凤霞. 雷暴云电结构及闪电产生氮氧化物的模型研究[D]. 中国科学院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. 2003. |
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