一维半气溶胶分档云模式并行化及对CCOPE个例的起电研究应用

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为了在一维半气溶胶分档云模式中加入起电及放电过程,本文首先对模式进行了并行化处理,提高了模式的运算速度,为起电放电过程的耦合提供了计算条件。其次,利用该模式模拟了1981年7月19日在Montana开展的CCOPE (Cooperative Convective Precipitation Experiment)试验的一次深对流云过程,通过与观测数据及前人研究结果的对比分析,验证了模式模拟结果的可靠性。同时,在一维半气溶胶分档云模式中加入TAK(Takahashi方案)和SP98(Saunders and Peck 1998方案)两种不同的非感应起电参数化方案,模拟了该深对流云的电荷空间分布,结果表明,两种方案均产生了偶极性的空间电荷结构,电荷主要产生于对流云的中上部,霰粒子出现之后,正电荷的粒子载体主要为冰晶,负电荷为霰,垂直输送对于正负电荷中心的形成起到重要作用。该模式能够显性的追踪每个水成物粒子中气溶胶的变化情况,在碰撞起电的模拟过程中,能追踪冰晶和霰碰撞时气溶胶的变化,在国内外的模拟研究中具有独创性。本文还研究了冰核浓度对非感应起电过程的影响,结果表明,不同数浓度冰核粒子的起电过程,粒子所带电荷密度的大小与粒子数浓度有关,数浓度越大则电荷密度越高,反之越小;不同浓度冰核粒子形成的空间电荷结构分布大致相同,均有两个电荷密度中心区,分别为冰晶粒子所形成的正电荷区和霰粒子形成的负电荷区。电荷的转移主要出现在对流云体的中上部,随着霰粒子的增多,起电区域由高温高有效液水含量区逐渐转移至低温高液水含量区,转移电荷的极性也由正电荷逐渐转变为负电荷。
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