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基于RAMS V6.0的非感应起电机制评估和雷暴初期电荷结构模拟

李万莉 刘冬霞 郄秀书 傅慎明 段树 陈羿辰

基于RAMS V6.0的非感应起电机制评估和雷暴初期电荷结构模拟

李万莉, 刘冬霞, 郄秀书, 傅慎明, 段树, 陈羿辰
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  • 数值模式是研究雷暴内起电和电荷结构的重要工具. 本文将Takahashi (1978) 和Saunders (1991) 两种主流非感应起电机制加入最新版本的中尺度模式RAMS(Version 6.0), 建立了一个区域大气-电耦合中尺度雷暴云模式, 据此对发生于北京的一次雷暴过程首次放电前的电荷结构和水成物粒子起电情况进行了较成功的模拟. 结果表明, Takahashi (1978) 和Saunders (1991)方案模拟的雷暴电荷结构在电场达到击穿阈值时均呈现三极性特征, 但Takahashi和Saunders方案模拟的雷暴电荷结构演变过程有一定的差异, Takahashi方案的电荷结构从起电到放电都是三极性特征, Saunders方案的电荷结构从反偶极性演变为三极性. 此外, 两种方案的模拟结果均表明雨滴是雷暴云低层的正电荷载体, 聚合物和霰是高层的主要电荷载体, 霰的电荷中心分布形态与雷暴云的总电荷分布形态相似.
    • 基金项目: 国家自然科学重点基金(批准号: 40930949)、中国博士后科学基金(批准号: 119100581F)和中科院百人计划项目资助的课题.
    [1]

    Takahashi T 1974 J. Atmos. Sci. 31 2160

    [2]

    Takahashi T 1978 J. Atmos. Sci. 35 1536

    [3]

    Saunders C P R, Keith W D, Mitzeva R P 1991 J. Geophys. Res.96 11007

    [4]

    Dye J E, Jones J J, Winn W P, Cerni T A, Gardiner B, Lamb D,Pitter R L, Hallett J, Saunders C P R 1986 J. Geophys. Res. 911231

    [5]

    Helsdon J H, Farley R D 1987 J. Geophys. Res. 92 5661

    [6]

    Ziegler C L, Macgorman D R, Dye J E, Ray P S 1991 J. Geophys.Res. 96 12833

    [7]

    Yan M H, Liu X S, An X M, Zhang Y J 1996 Plateau Meteorol.15 425 (in Chinese) [言穆弘,刘欣生, 安学敏, 张义军 1996 高原气象 15 425]

    [8]

    Helsdon J H, Wojcik W A, Farley R D 2001 J. Geophys. Res. 1061165

    [9]

    Rawlins F 1982 Quart. J. Roy. Meteor. Soc. 108 779

    [10]

    Mansell E R, MacGorman D R, Ziegler C L, Straka J M 2005 J.Geophys. Res. 110 D12 doi: 10.1029/2004JD005287

    [11]

    Sun A P, Yan M H, Zhang Y J, Zhang H F, Huang M Y 2002 ActaMeteorol. Sin. 60 722 (in Chinese) [孙安平,言穆弘, 张义军, 张鸿发, 黄美元 2002 气象学报 60 722]

    [12]

    Guo F X, Zhang Y J, Yan M H 2010 Chin. J. Atmos. Sci. 34 361(in Chinese) [郭凤霞, 张义军, 言穆弘 2010大气科学 34 361]

    [13]

    Altaratz O, Reisin T, Levin Z 2005 Geophys. Res. 110 D20205doi: 10.1029/2004JD005616

    [14]

    Liu D X 2010 Ph. D. Dissertation (Beijing: Chinese Academy ofSciences) (in Chinese) [刘冬霞 2010 博士学位论文 (北京:中国科学院研究生院)]

    [15]

    Deng X H 2009 MS Thesis (Beijing: Chinese Academy of MeteorologicalSciences) [邓小花 2009 硕士学位论文(北京: 中国气象科学研究院)]

    [16]

    Walko R L, Cotton W R, Feingold G, Bjorn S 2000 Atmos. Res.53 171

    [17]

    Zhao Y, Qie X S, Kong X Z, Zhang G S, Zhang T, Yang J, FengG L, Zhang Q L, Wang D F 2009 Acta Phys. Sin. 58 6616 (inChinese) [赵阳, 郄秀书, 孔祥贞, 张广庶, 张彤, 杨静, 冯桂力,张其林, 王东方 2009 物理学报 58 6616]

    [18]

    Yang J, Qie X S, Wang J G, Zhao Y, Zhang Q L, Yuan T, Zhou YJ, Feng G L 2008 Acta Phys. Sin. 57 1968 (in Chinese) [杨静, 郄秀书, 王建国, 赵阳, 张其林, 袁铁, 周筠珺, 冯桂力 2008物理学报 57 1968]

    [19]

    Jiang R B, Qie X S,Wang C X, Yang J, Zhang Q L,Wang J F, LiuD X 2011 Acta Phys. Sin. 60 079201 (in Chinese) [蒋如斌, 郄秀书, 王彩霞, 杨静, 张其林, 王俊芳, 刘冬霞 2011物理学报 60 079201]

    [20]

    Yang B, Zhou B H, Meng X 2010 Acta Phys. Sin. 59 8978 (inChinese) [杨波, 周壁华, 孟鑫 2010 物理学报 59 8978]

    [21]

    Gou X Q, Zhang Y J, Dong W S 2006 Acta Phys. Sin. 55 957 (inChinese) [苟学强, 张义军, 董万胜 2006物理学报 55 957]

    [22]

    Takahashi T 1984 J. Atmos. Sci. 41 2541

    [23]

    Hou T J, Lei H C, Niu S J 2009 Climatic and Environmental Research14 143 (in Chinese) [侯团结, 雷恒池, 牛生杰 2009 气候与环境研究 14 143]

    [24]

    Tzur I, Levin Z 1981 J. Atmos. Sci. 38 2444

    [25]

    Norville K, Baker M, Latham J 1991 J. Geophys. Res. 96 7463

    [26]

    Stolzenburg M, Rust W D, Marshall T C 1998 J. Geophys. Res.103 14097

    [27]

    Zhao Z K, Qie X S, Zhang T L, Zhang T, Zhang H F,Wang Y, SheY, Sun B L, Wang H B 2009 Chin. Sci. Bull. 54 3532 [赵中阔,郄秀书, 张廷龙, 张彤, 张鸿发, 王勇, 佘勇, 孙宝来, 王怀斌 2009科学通报 54 3532]

    [28]

    Qie X S, Yu Y, Zhang G S, Liu X S, Guo C M, Watanabe T,Kawasaki Z, Nakano M, Nakamura K, Wang D H, Ushio T 1998Plateau Meteorol. 17 34 (in Chinese) [郄秀书, 余晔, 张广庶,刘欣生, 郭昌明, 渡边贞司, 河崎善一郞, 仲野贡, 中村光一, 王道洪,牛尾知雄 1998 高原气象 17 34]

    [29]

    Mansell E R, MacGorman D R, Ziegler C L 2002 J. Geophys. Res.107 4075 doi:10.1029/2000JD000244

    [30]

    Williams E R 1989 J. Geophys. Res. 94 13151

    [31]

    Marshall T C, Rust W D 1991 J. Geophys. Res. 96 22297

    [32]

    Yuan Z, Jiang B T, Ren L X, Zhou S J, Zheng D Z 1965 Acta Meteorol.Sin. 35 440 (in Chinese) [袁箴,蒋本汤, 任丽新, 周诗健, 郑达洲 1965 气象学报 35 440]

    [33]

    Qie X S, Zhang T L, Chen C P, Zhang G S, Zhang T, Wei W Z2005 Geophys. Res. Lett. 32 doi: 10.1029/2004GL022162

    [34]

    Zhang Y J, Meng Q, Lü W T, Krehbiel P R, Liu X S, Zhou X J2005 Chin. Sci. Bull. 50 2663 [张义军, 孟青, 吕伟涛,Krehbiel P R, 刘欣生, 周秀骥 2005 科学通报 50 2663]

  • [1]

    Takahashi T 1974 J. Atmos. Sci. 31 2160

    [2]

    Takahashi T 1978 J. Atmos. Sci. 35 1536

    [3]

    Saunders C P R, Keith W D, Mitzeva R P 1991 J. Geophys. Res.96 11007

    [4]

    Dye J E, Jones J J, Winn W P, Cerni T A, Gardiner B, Lamb D,Pitter R L, Hallett J, Saunders C P R 1986 J. Geophys. Res. 911231

    [5]

    Helsdon J H, Farley R D 1987 J. Geophys. Res. 92 5661

    [6]

    Ziegler C L, Macgorman D R, Dye J E, Ray P S 1991 J. Geophys.Res. 96 12833

    [7]

    Yan M H, Liu X S, An X M, Zhang Y J 1996 Plateau Meteorol.15 425 (in Chinese) [言穆弘,刘欣生, 安学敏, 张义军 1996 高原气象 15 425]

    [8]

    Helsdon J H, Wojcik W A, Farley R D 2001 J. Geophys. Res. 1061165

    [9]

    Rawlins F 1982 Quart. J. Roy. Meteor. Soc. 108 779

    [10]

    Mansell E R, MacGorman D R, Ziegler C L, Straka J M 2005 J.Geophys. Res. 110 D12 doi: 10.1029/2004JD005287

    [11]

    Sun A P, Yan M H, Zhang Y J, Zhang H F, Huang M Y 2002 ActaMeteorol. Sin. 60 722 (in Chinese) [孙安平,言穆弘, 张义军, 张鸿发, 黄美元 2002 气象学报 60 722]

    [12]

    Guo F X, Zhang Y J, Yan M H 2010 Chin. J. Atmos. Sci. 34 361(in Chinese) [郭凤霞, 张义军, 言穆弘 2010大气科学 34 361]

    [13]

    Altaratz O, Reisin T, Levin Z 2005 Geophys. Res. 110 D20205doi: 10.1029/2004JD005616

    [14]

    Liu D X 2010 Ph. D. Dissertation (Beijing: Chinese Academy ofSciences) (in Chinese) [刘冬霞 2010 博士学位论文 (北京:中国科学院研究生院)]

    [15]

    Deng X H 2009 MS Thesis (Beijing: Chinese Academy of MeteorologicalSciences) [邓小花 2009 硕士学位论文(北京: 中国气象科学研究院)]

    [16]

    Walko R L, Cotton W R, Feingold G, Bjorn S 2000 Atmos. Res.53 171

    [17]

    Zhao Y, Qie X S, Kong X Z, Zhang G S, Zhang T, Yang J, FengG L, Zhang Q L, Wang D F 2009 Acta Phys. Sin. 58 6616 (inChinese) [赵阳, 郄秀书, 孔祥贞, 张广庶, 张彤, 杨静, 冯桂力,张其林, 王东方 2009 物理学报 58 6616]

    [18]

    Yang J, Qie X S, Wang J G, Zhao Y, Zhang Q L, Yuan T, Zhou YJ, Feng G L 2008 Acta Phys. Sin. 57 1968 (in Chinese) [杨静, 郄秀书, 王建国, 赵阳, 张其林, 袁铁, 周筠珺, 冯桂力 2008物理学报 57 1968]

    [19]

    Jiang R B, Qie X S,Wang C X, Yang J, Zhang Q L,Wang J F, LiuD X 2011 Acta Phys. Sin. 60 079201 (in Chinese) [蒋如斌, 郄秀书, 王彩霞, 杨静, 张其林, 王俊芳, 刘冬霞 2011物理学报 60 079201]

    [20]

    Yang B, Zhou B H, Meng X 2010 Acta Phys. Sin. 59 8978 (inChinese) [杨波, 周壁华, 孟鑫 2010 物理学报 59 8978]

    [21]

    Gou X Q, Zhang Y J, Dong W S 2006 Acta Phys. Sin. 55 957 (inChinese) [苟学强, 张义军, 董万胜 2006物理学报 55 957]

    [22]

    Takahashi T 1984 J. Atmos. Sci. 41 2541

    [23]

    Hou T J, Lei H C, Niu S J 2009 Climatic and Environmental Research14 143 (in Chinese) [侯团结, 雷恒池, 牛生杰 2009 气候与环境研究 14 143]

    [24]

    Tzur I, Levin Z 1981 J. Atmos. Sci. 38 2444

    [25]

    Norville K, Baker M, Latham J 1991 J. Geophys. Res. 96 7463

    [26]

    Stolzenburg M, Rust W D, Marshall T C 1998 J. Geophys. Res.103 14097

    [27]

    Zhao Z K, Qie X S, Zhang T L, Zhang T, Zhang H F,Wang Y, SheY, Sun B L, Wang H B 2009 Chin. Sci. Bull. 54 3532 [赵中阔,郄秀书, 张廷龙, 张彤, 张鸿发, 王勇, 佘勇, 孙宝来, 王怀斌 2009科学通报 54 3532]

    [28]

    Qie X S, Yu Y, Zhang G S, Liu X S, Guo C M, Watanabe T,Kawasaki Z, Nakano M, Nakamura K, Wang D H, Ushio T 1998Plateau Meteorol. 17 34 (in Chinese) [郄秀书, 余晔, 张广庶,刘欣生, 郭昌明, 渡边贞司, 河崎善一郞, 仲野贡, 中村光一, 王道洪,牛尾知雄 1998 高原气象 17 34]

    [29]

    Mansell E R, MacGorman D R, Ziegler C L 2002 J. Geophys. Res.107 4075 doi:10.1029/2000JD000244

    [30]

    Williams E R 1989 J. Geophys. Res. 94 13151

    [31]

    Marshall T C, Rust W D 1991 J. Geophys. Res. 96 22297

    [32]

    Yuan Z, Jiang B T, Ren L X, Zhou S J, Zheng D Z 1965 Acta Meteorol.Sin. 35 440 (in Chinese) [袁箴,蒋本汤, 任丽新, 周诗健, 郑达洲 1965 气象学报 35 440]

    [33]

    Qie X S, Zhang T L, Chen C P, Zhang G S, Zhang T, Wei W Z2005 Geophys. Res. Lett. 32 doi: 10.1029/2004GL022162

    [34]

    Zhang Y J, Meng Q, Lü W T, Krehbiel P R, Liu X S, Zhou X J2005 Chin. Sci. Bull. 50 2663 [张义军, 孟青, 吕伟涛,Krehbiel P R, 刘欣生, 周秀骥 2005 科学通报 50 2663]

  • [1] 李艳杰, 刘金明. 极性分子摆动态的三体量子关联. 物理学报, 2014, 63(20): 200302. doi: 10.7498/aps.63.200302
    [2] 鹿博, 王大军. 超冷极性分子. 物理学报, 2019, 68(4): 043301. doi: 10.7498/aps.68.20182274
    [3] 王光绪, 陈鹏, 刘军林, 吴小明, 莫春兰, 全知觉, 江风益. 刻蚀AlN缓冲层对硅衬底N极性n-GaN表面粗化的影响. 物理学报, 2016, 65(8): 088501. doi: 10.7498/aps.65.088501
    [4] 张 荣, 周圣明, 李抒智, 王 军, 周健华, 黄涛华, 林 辉, 邹 军. γ-LiAlO2上非极性ZnO薄膜制备及其光谱性质研究. 物理学报, 2007, 56(7): 4044-4048. doi: 10.7498/aps.56.4044
    [5] 叶颖惠, 吕斌, 张维广, 黄宏文, 叶志镇. Mn-Na共掺ZnO非极性薄膜的结构及其光电磁性能研究. 物理学报, 2012, 61(3): 036701. doi: 10.7498/aps.61.036701
    [6] 潘金声. 极性晶体的表面或界面极化子. 物理学报, 1982, 31(3): 335-347. doi: 10.7498/aps.31.335
    [7] 陈涛, 颜波. 极性分子的激光冷却及囚禁技术. 物理学报, 2019, 68(4): 043701. doi: 10.7498/aps.68.20181655
    [8] 张海峰, 班大雁, 方容川, 李永平. ZnSe(100)极性表面电子结构研究. 物理学报, 1997, 46(4): 767-774. doi: 10.7498/aps.46.767
    [9] 吕刚, 曹学成, 张红, 秦羽丰, 王林辉, 厉桂华, 高峰, 孙丰伟. 磁涡旋极性翻转的局域能量. 物理学报, 2016, 65(21): 217503. doi: 10.7498/aps.65.217503
    [10] 李景德, 陈 敏, 方传代, 李智强, 雷德铭. 极性相变的介电谱研究. 物理学报, 1999, 48(4): 721-728. doi: 10.7498/aps.48.721
    [11] 刘燕丽, 王伟, 董燕, 陈敦军, 张荣, 郑有炓. 结构参数对N极性面GaN/InAlN高电子迁移率晶体管性能的影响. 物理学报, 2019, 68(24): 247203. doi: 10.7498/aps.68.20191153
    [12] 吴贤勇, 夏钟福, 安振连, 张鹏锋. 厚度对非极性聚合物薄膜驻极体电荷储存及电荷动态特性的影响. 物理学报, 2004, 53(12): 4325-4329. doi: 10.7498/aps.53.4325
    [13] 郭常霖, 唐士鑫. 侵蚀法测定碳化硅结构极性的研究. 物理学报, 1966, 132(7): 831-835. doi: 10.7498/aps.22.831
    [14] 孙 健, 白敏冬, 毛程奇, 白希尧. 单极性带电粒子浓度测试方法的研究. 物理学报, 2007, 56(7): 3972-3976. doi: 10.7498/aps.56.3972
    [15] 张东, 娄文凯, 常凯. 半导体极性界面电子结构的理论研究. 物理学报, 2019, 68(16): 167101. doi: 10.7498/aps.68.20191239
    [16] 崔平, 沈容, 路阳, 纪爱玲, 孙刚, 陆坤权, 王学昭. 极性分子型电流变液导电机理研究. 物理学报, 2010, 59(10): 7144-7148. doi: 10.7498/aps.59.7144
    [17] 顾世洧. 极性晶体中慢激子极化势的性质. 物理学报, 1980, 170(10): 1245-1253. doi: 10.7498/aps.29.1245
    [18] 顾世洧, 梁希侠. 论极性晶体中Wannier激子的稳定性. 物理学报, 1981, 30(2): 281-285. doi: 10.7498/aps.30.281
    [19] 黄卓和, 陈传誉, 梁世东. 磁场中极性晶体板内的强耦合极化子. 物理学报, 1997, 46(4): 715-723. doi: 10.7498/aps.46.715
    [20] 孙明娟, 刘要稳. 电流调控磁涡旋的极性和旋性. 物理学报, 2015, 64(24): 247505. doi: 10.7498/aps.64.247505
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出版历程
  • 收稿日期:  2011-05-11
  • 修回日期:  2011-06-20
  • 刊出日期:  2012-03-05

基于RAMS V6.0的非感应起电机制评估和雷暴初期电荷结构模拟

  • 1. 中国科学院大气物理研究所中层大气和全球环境探测重点实验室, 北京 100029;
  • 2. 中国科学院大气物理研究所国际气候与环境中心, 北京 100029
    基金项目: 

    国家自然科学重点基金(批准号: 40930949)、中国博士后科学基金(批准号: 119100581F)和中科院百人计划项目资助的课题.

摘要: 数值模式是研究雷暴内起电和电荷结构的重要工具. 本文将Takahashi (1978) 和Saunders (1991) 两种主流非感应起电机制加入最新版本的中尺度模式RAMS(Version 6.0), 建立了一个区域大气-电耦合中尺度雷暴云模式, 据此对发生于北京的一次雷暴过程首次放电前的电荷结构和水成物粒子起电情况进行了较成功的模拟. 结果表明, Takahashi (1978) 和Saunders (1991)方案模拟的雷暴电荷结构在电场达到击穿阈值时均呈现三极性特征, 但Takahashi和Saunders方案模拟的雷暴电荷结构演变过程有一定的差异, Takahashi方案的电荷结构从起电到放电都是三极性特征, Saunders方案的电荷结构从反偶极性演变为三极性. 此外, 两种方案的模拟结果均表明雨滴是雷暴云低层的正电荷载体, 聚合物和霰是高层的主要电荷载体, 霰的电荷中心分布形态与雷暴云的总电荷分布形态相似.

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参考文献 (34)

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