雷暴云放电特征的三维数值模拟研究

发布时间：2023-04-14 22:24

　　为了提高积云模式对雷暴云内电过程的模拟能力,本文将Mansell提出的放电参数化方案在起始击穿阈值和闪电通道感应电荷的分配过程上做了改进后耦合入了已有的三维强风暴动力-电耦合模式中。通过对STEPS计划中一次雷暴过程的模拟检验了放电参数化方案的模拟效果。此外,通过对Weisman理想探空个例的模拟,探讨了闪电放电与雷暴云内电环境的相互作用,分析了闪电的分形特征,讨论了不同起始击穿阈值、传播阈值对闪电特性的影响。并在三维放电参数化方案的基础上,通过建立多种三维电荷堆模型,讨论了正地闪的产生与倾斜电荷结构的关系。得出以下结论： (1)雷暴云净电荷量为负并不是负地闪产生的必要条件,且闪电类型与雷暴云内净电荷量没有明显关系。闪电的类型与极性主要受到起始点电势的影响,负地闪的起始点均具有很高的负电势。闪电过程对雷暴云内复杂电荷结构的形成有一定的作用。 (2)闪电在起始点附近分支较少,其向高电荷浓度区域传播的过程中分支数量会迅速增多。地闪的分形维数小于云闪的分形维数。 (3)起始击穿阈值的改变会对首次放电时间、闪电数量、云地闪比产生影响。传播阈值系数的降低能使一些闪电由云闪变为地闪,对模拟得到闪电...

【文章页数】：70 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 选题意义
    1.2 国内外研究进展
        1.2.1 雷暴云内电荷结构
        1.2.2 雷暴云起电机制的理论与模式研究
        1.2.3 雷暴云放电参数化方案的研究
        1.2.4 正地闪的产生与雷暴云内电荷结构关系的研究
    1.3 本文主要研究内容
第二章 三维风暴电-动力耦合数值模式介绍
    2.1 模式的控制方程组
    2.2 边界、初始条件
    2.3 微物理过程参数化方案
        2.3.1 暖云微物理过程参数化
        2.3.2 冰相微物理过程参数化
    2.4 起电参数化方案
第三章 三维闪电参数化方案及其模拟效果检验
    3.1 放电参数化方案介绍
        3.1.1 闪电起始击穿条件
        3.1.2 通道传播
        3.1.3 闪电类型判断
        3.1.4 空间电荷再分配
    3.2 闪电参数化方案模拟效果检验
第四章 WEISMAN理想探空个例的模拟
    4.1 WEISMAN理想探空个例的介绍
    4.2 模拟过程中动力、电参量随时间的演变
    4.3 闪电类型与云内电环境的关系
    4.4 闪电过程对云内电荷结构的影响
    4.5 闪电分形特征的统计分析
    4.6 起始击穿阈值、传播阈值的敏感性实验
    4.7 本章小结
第五章 正地闪的产生与倾斜电荷结构的关系
    5.1 雷暴云电荷结构三维模型的建立
    5.2 逐渐倾斜电荷结构对正地闪产生的影响
        5.2.1 上部主正电荷堆(P)水平偏移时
        5.2.2 上部正电荷堆(P)和中部负电荷堆(N)同时水平偏移时
    5.3 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 主要结论
    6.2 论文创新点
    6.3 存在的问题与展望
参考文献
作者简介
致谢



本文编号：3790848