空间电荷分布特征对云闪传播行为的影响

在已有的随机放电参数化方案的基础上,建立了雷暴云电荷分布,并进行二维高分辨率闪电放电的模拟试验,定量探讨了雷暴云的空间电荷分布特征对云闪传播行为的影响,结果表明:(1)雷暴云顶部的屏蔽层电荷以及底部正电荷区会限制触发于雷暴云主正、负电荷区的云闪正、负先导的垂直传播范围,使云闪通道在一定垂直范围内传播,并最终趋向于沿水平方向传播;(2)电荷区的电荷密度或分布范围的增大都会导致云闪通道长度增大,但增大方式不同,电荷密度主要是通过增加高密度中心附近的通道分枝数,并且通道长度随电荷密度的增加呈非线性增大,分布范围则是通过扩展通道的水平传播范围,并且通道长度随分布范围的扩大呈线性增大;(3)电荷区电荷密度的增大会增加云闪通道的分枝数,尤其在高密度中心附近,最终使云闪通道的分形维数呈增大趋势,但基本上不会改变云闪通道的双层分枝结构,电荷区分布范围的扩大则不影响云闪通道的分形维数。     

雷暴云内电荷水平分布形式对闪电放电的影响

为了定量探究雷暴云内电荷水平分布形式对闪电类型和先导传播行为的影响,建立了典型雷暴云电荷结构模型,引入控制电荷水平分布的参数,利用改进的随机放电参数化方案,开展二维高分辨率模拟试验。结果表明:主正电荷区电荷水平分布不均匀且向中心聚集时,产生的闪电类型多为正地闪和正极性云闪,随着电荷水平分布趋于均匀,闪电类型转变为负地闪;主负电荷区电荷水平分布趋于均匀时,闪电类型由负地闪向正极性云闪再向正地闪转变;闪电先导传播特征有较大差异,电荷分布密集不均匀时,先导被束缚在电荷高密度中心,主要在电荷区内发展,当电荷分布单一均匀时,先导能穿出电荷区并水平延伸十几至二十多千米。分析两个电荷区之间的电位分布发现,电荷区电荷水平分布趋于均匀时,位势线向电荷密度中心集中,整个位势阱水平延展,闪电触发点的初始电位值有较大差异,有利于闪电类型和先导传播行为的改变。     

雷暴云下地闪先导通道中的电荷分布

利用不荷电双向传输先导模型 ,考虑近地面空间电荷层对地表垂直电场的影响和云电荷的转移 ,在一定的雷暴云电荷结构假定下 ,对地闪先导通道中的电荷分布进行了模拟计算。结果表明 ,先导接地瞬间通道上的平均电荷密度约为 1.5× 10 - 3C·m- 1 ,通道中的总电荷量约为 14 .8C ,其中平均感应电荷密度仅占总电荷密度的 2 0 % ,约为 0 .34× 10 - 3C·m- 1 ,先导通道中的电荷主要来源于云中电荷的转移     

闪电产生氮氧化物(LNOX)及其输送过程的模式计算

利用三维强风暴动力电耦合模式,模拟分析了一次雷暴过程中放电活动特征及平流和湍流对LNOX的输送特征。结果表明,在中部负电荷区域的上边缘,对应上升气流区外围、水平流场中心部位的区域,因为放电传输距离较长,所以强放电区主要落在这些部位,且向上传输。在负电荷中心区也有少数放电点,但传输距离较短。闪电产生的氮氧化物逸出闪道后,被云中平流和湍流输送,最后在弱流场区域内形成LNOX浓度中心,峰值达9×10-9。LNOX的输送主要以平流为主,但在云底层及雷暴消散阶段,湍流输送也起重要作用。在雷暴云消亡期,LNOX的峰值为2.7×10-9,比晴天值大1个量级。     

甘肃中川地区云闪的多站同步观测及雷暴的等效电荷结构

利用甘肃中川地区GPS同步的7个测站闪电慢天线获得的电场变化资料, 通过非线性最小二乘法对2004年8月20日一次雷暴过程中的10次云闪进行了拟合分析, 估算了其所中和的电矩、 取向及空间位置等参量。结果表明, 其中5次云闪是雷暴云中部主负电荷区与其下部正电荷区之间的放电, 另外5次是中部主负电荷区与其上部正电荷区之间的放电, 对应的放电中心的海拔高度分别在3.2~5.6 km和6.8~7.7 km, 中和电矩分别约为4.56~61.0 C·km和 1.06~15.9 C·km。发生在雷暴云上部正电荷区与中部主负电荷区之间的闪电所中和电矩较发生在雷暴云中部主负电荷区与下部正电荷区之间的闪电所中和电矩小。结果证实了中国内陆高原地区雷暴云的上部和下部有两个正电荷区存在, 与闪电放电相联系的雷暴云电荷结构可用简化的三极性来代表。     

雷暴微物理过程对电活动影响的数值模拟研究

在一维时变雷暴云起电放电模式的基础上,分别利用对流降水试验合作计划(CCOPE)和夏季雷暴放电与降水研究(STEPS)一次雷暴的实测探空资料进行了初步模拟,并通过敏感性试验研究了软雹垂直通量、地面温度和反转温度对雷暴云起电放电过程的影响.模式考虑的冰晶生成机制为Fletcher 和H-M冰晶生成机制.对比CCOPE和STEPS雷暴个例的模拟与观测结果,发现垂直电场正负极大值出现的位置与实测结果较接近,但电场极值差异较大,模拟结果明显大于实测结果.敏感性试验表明,当软雹垂直通量增加时,雷暴云首次放电时间降低,而单位时间内发生闪电的次数(闪频)随之增大.当地面温度较高时,雷暴云中负电荷的垂直厚度较小,雷暴云的正、负电荷最大密度较大.当反转温度较低时,冰晶所带负电荷的垂直范围较大.在敏感性试验中,当模式中地面温度为32℃,反转温度＜-26℃时,雷暴云出现反极性电荷结构.该模式能较直观地模拟雷暴发展过程中的电荷结构和电场时空分布等.     

利于上行负地闪始发的电荷区参数数值模拟

在经典偶极性电荷结构下,结合已有的闪电放电参数化方案及中国气象局雷电野外科学试验基地的广州高建筑物雷电观测站(Tall-Object Lightning Observatory in Guangzhou,TOLOG)观测分析结果,不断调整主负电荷区参数进行二维高分辨率闪电模拟试验,讨论自持型上行负地闪与云中闪电之间的相互竞争关系以及有利于自持型上行负地闪始发的云中电荷结构。数值模拟结果表明:自持型上行负地闪始发与电荷结构存在一定关系,在主负电荷区越高的情况下,始发自持型上行负地闪需要的主负区电荷密度与电荷分布范围越大。对于不同类型的闪电始发条件,推测存在自持型上行负地闪始发的主负电荷区高度阈值,当主负电荷区高度高于该值时,随着主负区电荷量的不断累积,会始发起始于云中的闪电而不是自持型上行负地闪,当主负电荷区高度低于该值时,电荷的不断积累会导致自持型上行负地闪始发。     

利用地面电场对中川地区一次雷暴过程电荷结构的研究

针对中国内陆高原地区雷暴多为孤立且尺度较小的特征,假定孤立雷暴在闪电发生前,当地面电场处于平稳状态时,云内的电荷区在水平方向上均匀分布,且只与垂直高度有关。根据云厚可将雷暴云在垂直方向上分为若干个厚度相等的区域,地面电场值即为雷暴云内多个水平均匀分布的电荷区域共同作用的结果。在此理论假设基础上,利用甘肃中川地区一次典型雷暴过程引起的多站地面电场观测资料,对该雷暴过程的电荷结构及其演变特征进行最小二乘法的拟合研究。结果表明,在雷暴发展演变过程中,其下部始终存在一范围和强度都较大的正电荷区,同时在雷暴云顶部存在强度较小的负电荷区,使得雷暴整体上呈四极性电荷结构。通过与雷达回波的对比,发现雷暴电荷中心与雷达强回波中心位置大体一致。     

雷暴云的电场及电荷分布模式

本文着重分析了一次强雷暴过程的地面电场和雷达回波演变特征。结果表明:平凉地区雷暴云一般为上正、中负和下正的电荷结构,强降水时在地面有强的正电场,闪电放电主要在下部正电荷区和中部负电荷区之间进行。文中提出了雷暴云的一种圆盘和圆柱状电荷分布模式,並与观测结果进行了对比。二者基本一致,尤其是能解释当降水停止或雨区移过测站时电场由正向负的急剧转变现象。     

雷暴单体中降水退屏蔽作用和正地闪之间的关系

为了验证雷暴单体中是否会由于降水退屏蔽作用导致正地闪的发生,建立了典型的雷暴云三极性电荷结构模型,利用现有的闪电放电参数化方案,通过改变中负和下正电荷区的高度和电荷密度进行的对比试验,对雷暴单体中降水退屏蔽作用和正地闪发生之间的关系进行研究。结果表明,在雷暴单体中发生降水时,引起的雷暴云中负和下正电荷区高度下降以及电荷密度的减小会使雷暴云中电场和电势的分布发生变化。当中负和下正电荷区的高度降低时,模拟域内最大电场强度降低,最大电场强度处电势增大,最大电场强度处和地面之间电势差增大,使正先导更容易发展到地面形成正地闪。当中负和下正电荷区的电荷密度减小时,模拟域内最大电场强度降低,最大电场强度处电势的绝对值先减小后增大,在电势增大过程中最大电场强度处和地面之间电势差增大,正先导也更容易发展到地面形成正地闪。因此,雷暴单体中降水退屏蔽作用对正地闪的发生是有利的。     

不同排列及不同尺度涡块相互作用的数值模拟试验

利用一个正压原始方程模式 ,实施了 8组时间积分为 48h的模式试验 ,研究多涡块相互作用的动力学。结果指出 :初始线性排列规则分布的 5个涡块 ,经多涡块相互作用 ,可以显示出三类终态空间构型 ,即初始线性排列的构型基本不变 ,线性排列方向改变以及涡块呈多边形排列     

Space charge generation in the atmosphere and the density of mechanical transfer current to the ground

The correlation of mechanical transfer current from the atmosphere to the ground with the process of space charge formation as a result of conductivity current divergence near ground is under discussion in this research. Experimental data of conductivity current and mechanical transfer current acquired at three observation points for different meteorological conditions are analyzed. In particular, the peculiarities of mechanical charge transfer to ground under different stratifications of the surface layer are under discussion.     

Feasibility of observations of stratospheric trace gases using the Hubble Space Telescope

The stellar occultation method has been successfully used in the past from orbiting observatories to measure concentrations of certain trace gases in the Earth's mesosphere. The greatly improved spectroscopic capabilities of the Hubble Space Telescope (HST) have prompted recent suggestions for its use to measure stratospheric C10. We examine this possibility along with that for other species relevant to the chemistry of the ozone layer. We conclude that stratospheric (as opposed to mesospheric) observations with HST are not practical, in part because of its orbital and pointing characteristics, but primarily because the high opacity of stratospheric ozone over most of the band-pass of the HST's most suitable spectrometer will obscure observation of other trace species, such as C10, having mixing ratios <10^–3 that of ozone.     

杭州市伏、秋旱灾害风险区划

根据杭州市1959-2010年降水资料、自然环境以及社会经济要素,综合致灾因子、孕灾环境、承灾环境及防灾减灾能力,构建区域干旱灾害风险评价模型。通过ArcGIS空间分析技术结合模糊综合评价法,编制以100 m＆#215;100 m栅格为基本评价单元的杭州市伏、秋旱灾害风险区划图。区划结果表明,淳安西北部、建德中南部、桐庐中部、富阳南部、临安东部以及余杭、主城区,伏旱、秋旱灾害风险均较高。     

山地旅游区气候舒适度的时空特征分析

本文以浙江省仙居县多年气象资料为基础,对气温作了短序列订正,结合GPS的定位资料和仙居县1∶1万数字高程模型对气温作了空间推算。在此基础上,结合相对湿度和风速,完成了仙居县的气候舒适度空间分布图,同时结合DEM的高程分级资料,统计各代表月份地形舒适区域分布面积,分析了空间分布特征。结果表明,在时间分布上,5—10月,气候舒适;在空间分布上,以7月为例,舒适区域主要集中分布于丘陵和低山。     

广西暴雨时空分布特征

利用1970-2004年广西89个测站逐12h降水实测资料，分析了广西暴雨的时空分布特征。结果表明：广西年均暴雨量的分布具有明显的地域性，暴雨中心区主要位于山脉的迎风坡，地形的强迫作用对暴雨有增幅效应。年均暴雨日数的地域分布与年均暴雨量的分布相一致，但不同的季节年均暴雨日数其地域分布有明显差异。暴雨的日变化具有桂西北夜间暴雨濒数较白昼高，而桂东南则相反的分布特点。广西暴雨过程持续时间一般为1～2d，约占94％，3d以上的强过程只在5～8月份出现。     

自动气象观测数据的质量控制

精细化气候变化分析及气候预测服务亟待发展,对高分辨率优质量的气候资料需求不断增长。本文利用缺测率、对比差值、空间一致性、粗差率、一致率5个指标对2009—2014年浙江省2 209个自动站温度数据进行评估分析,运用开放式可调整的评分标准,选取数据质量稳定可靠的站点,满足气候研究与业务的发展需求。共取得91个一级可用站,499个二级可用站,363个三级可用站,一级站主要分布于宁波和嘉兴地区,二级和三级站在各地都有较均匀的分布。在全省气候统计分析中,可以根据需求利用可用站。此外,有可用自动站参与的温度分布图完美呈现了地形对温度的影响,也使城市化发展突显出来,精细化的气候分析能更有效的为高山地区耕种制度及城市建设与规划提供科学依据。     

广西暴雨时空分布特征

利用1970~2004年广西89个测站逐12h降水实测资料,分析了广西暴雨的时空分布特征。结果表明:广西年均暴雨量的分布具有明显的地域性,暴雨中心区主要位于山脉的迎风坡,地形的强迫作用对暴雨有增幅效应。年均暴雨日数的地域分布与年均暴雨量的分布相一致,但不同的季节年均暴雨日数其地域分布有明显差异。暴雨的日变化具有桂西北夜间暴雨濒数较白昼高,而桂东南则相反的分布特点。广西暴雨过程持续时间一般为1~2d,约占94%,3d以上的强过程只在5~8月份出现。     

玉林市近50年来干旱的发生规律及防御对策

根据玉林市春、夏、秋三个季节干旱对农业生产的影响,参照历年的旱情资料,确定出干旱的农业气象指标,分析47a来干旱的时空分布规律和特点,并针对玉林市的具体情况提出一些防御干旱的对策。     

玉林市近50年来干旱的发生规律及防御对策

根据玉林市春、夏、秋三个季节干旱对农业生产的影响，参照历年的旱情资料，确定出干旱的农业气象指标，分析47a来干旱的时空分布规律和特点，并针对玉林市的具体情况提出一些防御干旱的对策。