【摘 要】
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为了认识2017年5月7日发生在广东的一次暖云降水主导的极端暴雨过程中对流单体中的电荷结构特征及其形成原因,本文利用加入了起放电参数化方案的WRF数值模式,对此次暴雨过程进行了模拟研究,首先通过对比模拟结果与实际观测数据确定了模拟效果,分析了此次过程中一个单体成熟阶段电荷结构的特征及其成因,然后讨论了不同对流强度单体内底部正电荷区变化特征及其原因,最后探讨了强对流单体内感应起电机制对底部正电荷区的
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为了认识2017年5月7日发生在广东的一次暖云降水主导的极端暴雨过程中对流单体中的电荷结构特征及其形成原因,本文利用加入了起放电参数化方案的WRF数值模式,对此次暴雨过程进行了模拟研究,首先通过对比模拟结果与实际观测数据确定了模拟效果,分析了此次过程中一个单体成熟阶段电荷结构的特征及其成因,然后讨论了不同对流强度单体内底部正电荷区变化特征及其原因,最后探讨了强对流单体内感应起电机制对底部正电荷区的影响。主要得到以下结论:(1)此次以暖云降水主导的极端暴雨过程中的单体对流强度较弱,云顶高度低于同地区典型的对流过程。不同对流单体内强回波中心均由大雨滴形成,范围较小,顶点低,对流运动向0℃层以上输送的过冷水较少,不利于冰相粒子形成,导致大小冰相粒子含量均较少,其中含量最多的冰相粒子为雪花,其次依次为霰、冰晶、冰雹。(2)强对流单体中,对流区中空间净电荷分布基本呈三极性结构,但上部正电荷区范围较小,电荷密度较弱。与强对流单体相比,弱对流与中等对流单体内空间净电荷分布均只有中部负电荷区与底部正电荷区。不同强度对流单体内中部负电荷区均是由带负电荷的冰晶和雪花共同主导,底部正电荷区均主要是由带正电荷的霰粒子以及带正电荷的雨滴主导,而强对流单体内的上部正电荷区由带正电荷的雪花主导。弱对流单体中更多的冰相粒子下落至0℃层以下,且此次过程暖云区较厚,大量冰相粒子完全融化成雨滴,导致弱对流单体内雨滴荷电量比其中等对流单体和强对流单体的要大。(3)不同强度对流单体内,底部正电荷区均主要是由带正电荷的霰粒子以及带正电荷的雨滴形成,有所不同的是,中等对流单体与强对流单体内底部正电荷区是由霰粒子主导,而弱对流单体的则是由带正电荷的雨滴主导。此次过程中的强对流单体与我国典型内陆高原雹暴过程的相比,底部正电荷区电荷密度和分布范围均较小,但两次过程中都是以霰粒子为主导,带正电荷的雹和雨滴起促进作用;与此次过程不同的是,雹暴过程中暖云区厚度较小,冰相粒子快速降落到地面,融化成带电荷的雨滴较少,因此雹暴过程中弱对流单体内底部正电荷区消失。(4)此次过程对流云内起电较弱,以非感应起电为主,非感应起电主要以对流区中-15℃层以下正的起电率为主,感应起电率以对流区中的负极性为主,与主要的非感应起电区域重合。强起电区与放电区重合,主要集中在回波中心上部35~50 d BZ的对流区。不调用感应起电机制后,强对流单体成熟阶段,强对流区上部正电荷区变小,中部负电荷区与底部正电荷区均变大,对流外围中部负电荷区与底部正电荷区均变小。
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