雷暴云内电场力对起电和电荷结构的反馈作用

• 作者: Edward R.Mansell 孙凌 孙竹玲 徐燕 蒋如斌 郄秀书 陈志雄
• 来源期刊: 物理学报
• 关键词: 电场力 电荷结构 反馈作用 WRF-Elec模式
• 年，卷（期）: 2018,（16）
• 所属期刊栏目: 地球物理学、天文学和天体物理学
• 页码范围: 371-383
• 页数: 13页
• 字数: 9244字
• 语种: 中文
• DOI: 10.7498/aps.67.20180505

摘要

利用美国国家强风暴实验室(NSSL)发展的耦合了详细起电机制和放电过程的中尺度电耦合数值模式WRF(weather research forecasting)-Elec,在NSSL云微物理双参数化方案中增加了电场力对霰、雹粒子降落末速度的影响,完善了WRF-Elec模式的物理过程,建立了双向耦合WRF-Elec模式.利用改进后的WRF-Elec模式,通过敏感性数值实验,定量分析了雷暴云内电场力对起电和电荷结构的反馈作用.结果发现:雷暴云发展旺盛阶段,由于电场力作用,霰、雹粒子质量加权平均降落末速度的瞬时变化极值可以超过4 m/s,但这种情况仅出现在雷暴云内局部区域,并且维持时间较短;电场力对直径小且数浓度较低的霰和雹粒子影响较大,但这种影响不是由单一物理量决定,而是由电场强度和霰、雹粒子的电荷密度、极性以及粒子的直径与数浓度共同决定;电场力通过对霰、雹粒子降落末速度的调整,增强了雷暴云内感应、非感应起电率,且前者远大于后者,云内局部产生?0.6—1.2 nC/m3总电荷密度的变化,从而使电荷结构重新分布,局部垂直电场强度增强5 kV/m,总闪电数增加,与此同时,雷暴云内降水粒子的微观增长过程也发生改变.总体上,电场力对雷暴云起电过程的作用为正反馈,电场力对雷暴云电荷结构的反馈作用不可忽略.