云粒子起电原因探踪

云里的电是怎样形成的?这种带电的云，气象上称“积雨云”，俗称“雷雨云”。近200多年来，有很多科学家用各种方法研究过雷雨云的起电过程，不断地积累着新的资料。到目前已经可以做出结论：云的顶部带正电，云的下部带负电。并根据对云里的电进行多方面的研究，对于云里电荷的产生和有规律地分布提出了很多看法。     

大气冰核对雷暴云电过程影响的数值模拟

利用已有的二维雷暴云起、放电模式模拟了一次雷暴天气,并通过敏感性试验研究了冰核浓度变化对雷暴云动力、微物理及电过程的影响。结果表明：随着大气冰核浓度的增加,雷暴云发展提前,上升气流速度和下沉气流速度均呈现降低的趋势。大气冰核浓度提升有利于异质核化过程增强,冰晶在高温区大量生成,而同质核化过程被抑制,因此冰晶整体含量降低,引起低温区中霰粒含量降低和高温区中霰粒尺度降低。在非感应起电过程中,正极性非感应起电率逐渐减小,负极性非感应起电率逐渐增大。由于液态水含量随大气冰核浓度的增加逐渐降低,高温度冰晶携带电荷的极性由负转变为正的时间有所提前。在感应起电过程中,由于霰粒尺度减小及云滴的快速消耗,感应起电率极值逐渐降低。冰晶优先在高温区生成而带负电,不同大气冰核浓度下的雷暴云空间电荷结构在雷暴云发展初期均呈现负的偶极性电荷结构。在雷暴云旺盛期,随着冰核浓度增加,空间电荷结构由三极性转变为复杂四极性。在雷暴云消散阶段不同个例均呈现偶极性电荷结构,且随着冰核浓度的增加电荷密度值逐渐减小。     

大气电场仪在雷电监测预警中的应用

1引言电场探测一般采用导体在电场中产生感应电荷的原理。从探测的对象上可分为地面大气电场探测、空中电场探测及空间电场探测。现阶段主要是对地面大气电场进行探测,从而监测被探测地区上空雷雨云的整个过程（起电过程、电荷积累程度和消散过程）。     

雷暴云起电G模型及其应用

1引言目前,对云内粒子荷电的成因机制和分布还没有公认的理论。对雷电的成因有以下几种假说[1]。感应起电是最早提出的雷暴起电理论之一。该理论认为,在电场强度方向朝下的晴天电场中,云质粒和降水质粒(固态、液态)都会被极化,使粒子上半部带负电,下半部带正电。这一效应可引起不同的起电过程。     

重庆地区一次雷暴云电过程及其对初始云滴数浓度响应的数值模拟

采用耦合了Saunders和Takahashi两种非感应起电参数化方案的RAMS(Regional Atmospheric Modeling System)模式,对重庆地区一次雷暴过程进行模拟,对比分析了两种起电参数化方案下,电荷开始分离时和雷暴云发展到成熟阶段时的水成物粒子的分布、所带电荷密度以及雷暴云的电荷结构分布。模拟结果表明,在Saunders起电参数化方案下,雷暴云的电荷结构从起电到放电都呈现偶极性特征,而在Takahashi参数化方案下,雷暴云的电荷结构则由反偶极性发展成正偶极性。为研究CCN(cloud condensation nuclei)对雷暴云的影响,本文进行了两组敏感性试验,随着云滴初始数浓度增加,雷暴云的电荷结构没有发生极性翻转,但雷暴云中电荷量增加,电荷分布区域变大,有利于闪电发生。在Saunders起电参数化方案下,当云滴初始数浓度大于2 000 cm-3时,电荷量变小。通过分析微物理量场和微物理过程发现,随着云滴初始数浓度增加,冰相粒子质量混合比增加,在Saunders起电参数化方案下,当云滴初始数浓度大于2 000 cm-3时,霰粒子质量混合比减小。验证了CCN的变化能影响云的微物理过程,从而影响雷暴云的电荷分布以及闪电的发生,尤其是冰相物质的变化显著影响了雷暴云的起电过程。     

雷电与雷电过程

本书共分20章,内容比较丰富,它介绍了雷电与闪电形成,雷雨云电结构的基本研究方法,雷雨云降水的电等一般观测方法和机制问题;偶极云的热力学与电能,雷雨云云泡形成的振动机制和龙捲风模拟实验等动力学问题;雷雨云中水滴碰撞、溅散、雪花、沙尘碰撞摩擦的微观起电机制以及强电埸与闪电作用下形成的天电,尖端放电,雷声,水滴变形等饒有趣味而又有实际意义的物理效应,最后作者还介绍了火山雷电、地域性雷电特征等观测事实以及很有实际价值的避雷问题。     

冰雹过程中闪电演变和雷达回波特征的综合分析

应用闪电定位网的资料和多普勒雷达资料,分析西北地区的降雹过程,详细讨论了2004年5月15日发生在兰州皋兰的一次降雹雷雨云的闪电演变、雷达回波特征和云特定参数之间的相互关系,对此雷雨云的闪电机制和电结构进行了分析推断。在皋兰产生降雹的个例分析表明,云中液态水含量是否出现高值区,是识别降雹开始的重要因子。在雷雨云移动路径上,总闪和云闪为线状分布,地闪集中分布在降雹区,云闪最多,地闪中绝大多数为负闪。综合计算降雹时段云参数分析表明,云中降水率和含水量对产生闪电相对敏感,推断这次雷雨云的电结构可能属于上正下负的偶极子型。     

湖北地区一次雷暴云电荷结构和放电特征的数值模拟研究

在三维强风暴动力—电耦合数值模式中引入非感应起电参数化方案、感应起电参数化方案以及放电参数化方案,对湖北宜昌2014年6月19日一次闪电过程中雷暴云电荷结构和放电特征进行了模拟分析。模拟结果表明,当云内粒子增多、增大,大部分霰粒子逐渐降落到中低层,上部正电荷区减小,底部正电荷堆范围开始扩大,中部负电荷区和底部正电荷区成为主要的起电区域,这种底部正电荷区较厚的三极性电荷结构不利于地闪的产生。在粒子带电分析中,霰与冰晶粒子携带的电荷量均大于云滴,说明霰与冰晶之间非感应碰撞是云中主要的起电过程。虽然云滴的电荷量较小,但霰与云滴之间感应碰撞的作用不可忽视。结合电荷结构的分布,发现底部正电荷堆的垂直分布高度与霰粒子、云滴的电荷浓度的分布有关,且霰与云滴电荷浓度的累积区与底部正电荷堆相一致。     

用雷电测试仪判别冰雹云

根据云的特征去识别雹云,是群众在人工防雹作业时普遍采用的方法。“拉磨雷、雹子锤”,“闷雷带横闪、雹子大如碗”等谚语,说明了低沉而连续不断的雷声,频繁而多为横向的闪电,是雹云的主要宏观特征。雷声沉闷连续,实际上是闪电频次多的一个标志。国内已有不少单位观测记录雷雨云的闪电频次,研究     

关于积云增雨和实施方案的探讨

在综合雷雨云式的积云降水特点和归纳观测及理论结果的基础上,用数值模拟研究了阵雨形成机制,发现雷雨云式的积云结构类似于雹云,也存在着水平风“零域”和成雨“穴道”,大粒子群向这里集中并累积,然后再下泻成阵雨。据此提出了积云人工增雨的动力学根据和设计实施方案的要领,并给出了积云人工增雨作业部位、时机的概念模型。     

冰晶核化对雷暴云闪电行为影响的数值模拟研究

为了探讨冰晶核化对雷暴云闪电行为的影响,通过已有的三维对流云起、放电模式探讨对比了3种冰晶核化方案,分别为原模式中的经验公式YS方案及与气溶胶相关的DE方案和LP方案。研究表明冰晶核化方案对雷暴云内冰晶微物理发展特征、起电及放电过程均有一定影响。模拟结果显示:(1)考虑了气溶胶的两种新参数化方案中冰晶粒子在高温区(高于-13.8℃)出现,在雷暴云发展过程中DE方案和LP方案冰晶的垂直分布均大于YS方案。(2)DE方案和LP方案中高温区出现的冰晶所带电荷极性有明显的反转现象,导致雷暴云电荷结构产生差异;雷暴云发展旺盛时刻DE方案和LP方案出现三级性电荷结构,而YS方案在整个雷暴云过程都是偶极性,并且DE方案和LP方案中电荷空间分布区域更加广泛。(3)不同核化方案下雷暴云放电特征存在差异,YS方案在偶极性电荷结构背景下没有负地闪产生,而DE方案和LP方案中次正电荷区的存在促进了负地闪的发生,并且负先导出现在较低的高度范围内;DE方案和LP方案中电荷量级较大,因此云闪发生频次以及正、负先导传播次数增加明显。     

云物理学与云化学的实验室研究和设备的前景——1985年3月20—22日在科罗拉多州博尔德召开的技术研讨会上的报告

1.引言一个名为“云物理学与化学的实验室研究和设备的前景”的技术研讨会1985年3月20—22日在博尔德举行。会议由国家海洋大气管理局(NOAA)的环境研究院和国家大气研究中心(NCAR)共同举办。研讨会的起因是由于认识到实验室研究作为云的外场研究与模式研究的基础性支持的必要性;也由于这样一种看法,即在过去20年中,这种室内研究已衰落到这样一种程度,以致对发生在大气中很多过程的了解的科学进程正在受到阻碍。     

识别冰雹云的简易方法

正确判断云体是冰雹云还是雷雨云,这是进行人工防雹作业的重要依据。广大劳动群众在长期的防雹抗灾斗争中积累了丰富的实践经验,他们根据雹云的声、光、雷电、降水和移动等宏观特征,用耳听目测来识别雹云,并用许多生动的谚语形象地指出冰雹云的特征。例如冰雹云多“拉磨雷”、“蜂子朝王声”;“横闪多雹”;“黄云黑边子,必定下雹子”,“黑云尾,黄云头,雹子打死羊和牛”;“雹走老路”、“雹打一条线”以及雹云光象异常等等。这在人工防雹工作中起了很大的作     

冰相粒子的相对增长对非感应起电影响的模拟研究

为了深入认识不同条件或不同区域中冰相粒子相对增长状况对雷暴云内非感应起电过程的影响,将基于S91非感应起电参数化方案引入到三维强风暴动力-电耦合数值模式中,模拟分析了一次典型雷暴过程的霰粒和冰晶的生成和消耗过程以及随高度的分布特征;同时分析了雷暴云成熟时期不同时刻霰粒子和冰晶的比含水量等的增长变化状况,将不同时刻霰粒子-冰晶之间非感应起电的电荷转移极性和量级,与霰粒子和冰晶的相对增长状况作对比分析。结果表明,霰粒和冰晶由于所处环境的不同温度和液水含量条件而通过不同的微物理过程增长或消耗;细微的温度或液水含量条件的差异都会影响两类粒子的相对增长快慢;而两类冰相粒子中相对增长更快的粒子荷正电,增长更慢的粒子荷负电,相对增长的快慢决定了两种冰相粒子在非感应起电过程中所带电荷极性和量级。     

肇庆雷暴与防雷

雷暴产生于强烈发展的积雨云中，云中空气的垂直对流速度可达15m／s以上。由于云中常与冰晶世结，水滴破裂，微粒受电场的感应和带电微粒的重力分离，使云中带电机制十分复杂。通常云顶及云的上部带肴正电，云的中下部带有负电。当雷雨云下部负电荷积累到一定数量，局部电场强度超过大气的击穿电位（约30000v／cm）时，因空气电离产生的电子在强电场作用下，以极大的速度向下猛冲，与周围空气碰撞，产生连锁式的电子反应，电子愈来愈多，致使碰撞的原子处于激发状态。当这些原子返回基态时，则放出光子，而光子又通过光电离形成新的电子流与…     

沙尘冰核对积云起电过程影响的初步数值模拟试验

非感应起电是指云中冰相粒子间通过相互碰撞而发生的电荷转移现象,尤其以冰晶与霰粒子的碰撞过程为主,被证实是云中电荷产生的主要方式之一。沙尘作为大气冰核的重要组成成分,为了研究沙尘冰核对云中非感应起电过程的影响,本文将两种不同的非感应起电参数化方案(Takahashi方案,以下简称TAK方案;Saunders and Peck 1998方案,以下简称SP98方案)耦合至一维半云和气溶胶分档云模式中。该模式能够显性地追踪每个水成物粒子中云凝结核和冰核的质量大小,模拟每个冰核的核化过程,以及每个冰粒子的碰撞过程,从而确定霰粒子的数浓度和每个冰相粒子的电荷密度。对不同初始沙尘浓度的非感应起电过程进行了敏感性试验,模式模拟结果表明:随着沙尘粒子数浓度的增多,云中冰晶粒子与霰粒子的数浓度都分别增加,初始起电现象发生的时间提前,空间电荷密度大小增加;SP98方案和TAK方案都能模拟出1981年7月19日的一次积云观测个例的偶极型垂直分布,但SP98方案更接近实况。     

人工防雹

一、冰雹 (一)冰雹的形成: 冰雹也叫“雹子”,是从雷雨云中降落的,可以说雷雨云就是冰雹的“加工厂”。下冰雹的雷雨云(雹云)比一般的雷雨云发展得更旺盛,云中的对流更强。由于雹云内上升气流特别强,不但小云滴,而且大云滴也会被它带着上升。云滴在上升过程中,互相碰撞合并,逐渐变大,当上升到一定高度时,就开始冻结形成雹核,然     

利用极化起电机制模拟闪电之后的电场恢复

本文利用极化起电机制,数值模拟一个电单体闪电之后的电场恢复。经分析发现雷雨云的闪电频数通常都小于25次/5分,而冰雹云却相反。因此,如果假定极化起电机制是形成云内强电场的主要过程,那么,25次/5分的单体闪电频数可作为区分雷雨云和冰雹云的一个指标。 计算指出,高于350次/5分的闪电频数多出现于低电晕触发临界电场和高冰晶浓度的情况下,此时,云内扰动激烈,液态含水量较低,所以成雹较少。计算又指出,闪电之后的电场呈线性恢复,而且变化幅度不大。     

暖云雨滴大小和电荷的观测研究

本文对30次暖性阵雨的35000多个雨滴的大小和电荷量进行了测量,并根据阵雨的强度分析了电荷谱的情况。结果表明:带正电雨滴的百分比随雨滴的增大而增大,也随阵雨强度的增强而增加。雨滴电荷的分布是不对称的,正电荷的分布总是比负电荷来得宽,且当电荷值较小时以负滴为主,而当电荷值较大时,则正滴明显占优势。在一部分观测时段中,测站附近的火山爆发。它对雨滴电荷的影响是使电荷分布变窄,带大电荷的雨滴比例下降。本文用暖云中雨滴形成时离子与雨滴的相互作用的起电机制来讨论和解释上述结果。     

强风暴中反极性电荷结构研究进展

反极性电荷结构是强风暴系统中一种常见的电荷结构配置,它是强风暴中正地闪大量发生的重要原因之一,同时也往往与灾害性天气相联系。人们对云内电荷结构的认识随电场探空、多种地面观测手段的发展而深入。反极性电荷结构并非在强风暴的起始阶段就出现,而存在一个演变过程,出现在风暴发展的特定阶段。宽广强烈的上升气流被认为在反极性电荷结构的形成中起关键作用,它使得上升气流区液态水含量等微物理条件发生改变,进而影响大小粒子碰撞的起电过程,使风暴内主要起电区霰粒子荷正电,冰晶等粒子荷负电,从而形成反极性电荷结构。强风暴中气流的动力输送、风切变等也被认为是反极性电荷结构形成的可能原因。利用数值模式,在真实的气象背景场下再现强风暴的反极性电荷结构演变特征和闪电活动特征,也是研究反极性结构形成的有效途径之一。针对正地闪大量发生的强风暴开展大规模外场观测试验,并将观测结果与数值模拟相结合,将有利于理解强风暴中反极性电荷结构的形成及其与闪电活动特征的关系。