积云模式中上行闪电参数化方案及探讨

摘要

上行地闪是一种始发于超高建筑物（高度至少在100m以上）顶端的大气放电现象，目前对其的认知主要通过地面观测，而相应的理论模式研究较为缺乏。本文在已有的双向先导随机模型的基础上，创建上行地闪随机放电参数化方案，并耦合到雷暴云起、放电模式中，进行了二维高分辨率上行地闪放电的模拟实验，得到的上行闪电与观测结果具有较好的一致性。通过分析雷暴云电荷结构给出了常规地闪起始的有利云内环境特征，并分析了正、负上行地闪一些特征的异同，定量的分析了雷暴云各部分电荷区对上行地闪触发的影响，也对上行、下行地闪进行了对比。其各部分主要结论如下:
　　(1)模拟得到的上行正地闪多为诱导触发的上行地闪，通常是三极电荷结构下次正电荷区与地面之间的一种放电现象，前次云闪过程对空间环境电场的影响为其起始提供了有利条件，整个放电过程延伸范围有限、分叉少、放电不充分;上行负地闪多为偶极电荷结构中主负电荷区与地面之间的放电过程，温度层结的高度低以及降水粒子的下沉使电荷区高度降低是其起始的根本原因，上行负地闪发展旺盛，分支较多;诱导触发的上行地闪主要发生于雷暴成熟期，而自行触发的上行地闪则更容易在雷暴消散期起始。
　　(2)雷暴云最底部电荷区的高度与总电荷量对上行地闪的触发起着重要作用。高度越低越容易触发上行地闪，同时电荷量越大也更容易触发上行地闪;雷暴云三极性电荷结构背景所触发的上行地闪多发生在最底部电荷区高度较低的时候，而偶极性电荷结构背景所触发的多发生在最底部电荷区高度较高的时候;云内闪电对于主正与主负电荷的摧毁易于上行地闪的触发。
　　(3)上行地闪的触发条件与下行地闪截然不同:下行正闪主要触发于偶极结构，且上部的主正电荷区占主导地位，而上行正地闪则是需要下部的正电荷堆要足够大，要么是三极结构下的诱导触发的上行地闪，或在特殊的反偶极结构下可能产生一次自行触发的上行地闪;下行负地闪则始发于三极结构下的中部主负电荷区与下部次正电荷区之间，下部次正电荷区的量级是下行负地闪始发的先决条件，而上行负地闪则主要起始于雷暴云消亡阶段的偶极结构，主负电荷区离地面较近且量级较大是上行负地闪触发的主要因素，而底部次正电荷区的存在对于上行负地闪起始而言起了阻碍作用。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究目的与意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 物理特性

1．2．2 触发机制

1．2．3 放电模式的研究发展

1．3 主要研究内容

第二章 计算方法与上行地闪的参数化方案

2．1 计算方法

2．2 参数化方案

2．2．1 上行地闪放电参数化方案

2．2 个例及起始参数选取

第三章 上行正、负地闪以及触发类型的对比分析

3．1 正、负上行地闪的对比分析

3．1．1 上行正、负地闪的电位与电荷分布对比分析

3．1．2 上行正、负先导传播范围以及分形情况对比分析

3．2 上行地闪触发类型的时间分布对比

3．3 结论与讨论

第四章 雷暴云的各部分电荷区对上行地闪触发的影响

4．1 雷暴云最底部电荷区的影响分析

4．1．1 雷暴云最底部电荷区的总电荷量与高度影响分析

4．1．2 雷暴云最底部电荷区的高度对不同电荷结构下触发的上行地闪的影响分析

4．2 雷暴云主正、主负电荷区对上行地闪触发的影响分析

4．2．1 云内闪电活动对雷暴云主正、主负电荷区的分布影响分析

4．2．2 云闪后的雷暴云主正、主负电荷区的分布对电场的影响分析

4．3 结果与讨论

第五章 上行地闪与下行地闪触发时的雷暴云电荷背景对比

5．1 模拟结果

5．2 结论与讨论

第六章 总结与展望

6．1 主要结论

6．2 创新点

6．3 存在的不足与展望

参考文献

作者简介

致谢