那曲雷暴云降水对LPCC及地面电场的影响.pdf

·480· 第十四届全国云降水物理和人工影响天气科学会议(下册) 那曲雷暴云降水对LPCC及地面电场的影响。 郭凤霞 张义军 言穆弘 赵阳 (中国科学院旱区寒区环境与工程研究所，兰州730000) 1 引言 雷暴云降水过程中，地面电场(Egnd)的极性常会发生改变，这一现象是由于携带电荷的降水粒 tive center)尺度很小，一般由一次闪电所引起，又随一阵大雨到达地面而消失，在地面引起的 charge 滴所携带。王才伟等口1曾对甘肃东乡地区一次雷暴过顶时Egnd与降水过程之间的关系进行了观测 和分析，认为地面上强而持续的正电场是由LPCC所产生，而地面电场极性的快速变化率主要是从云 底下落的带正电的雨滴群的作用，地面上出现强正电场时正好是云在当顶并且地面出现强降水的时 间。为了进一步认识雷暴的动力、降水和起电过程之间的相互作用，美国于2000年夏季开展了强雷 ThunderstormElectrificationand Study一2000)计 暴起电和降水研究(STEPS：Severe Precipitation 划。本文利用数值模拟并结合观测深入研究青藏高原雷暴降水和地面电场之间的关系。 r／fh．min) 图1 2003年8月13日那曲地区雷暴过程的地面电场 2 观测结果 2002年7月19日的雷暴过顶时，波形中有两个从负电场转变为正电场的阶段，恰好对应较强的 降雨过程。2002年8月1日的雷暴当顶时，电场逐渐从正极性特征变成负极性，伴有较强降雨和降 雹(图略)。可见，液态和固态降水对Egnd极性的改变不同。 2003年8月13日发生了一次典型的中心移经测站上空的雷暴云过程，地面电场的变化如图1 所示。 3 模拟结果 以那曲2003年8月13日19：30探空作为三维风暴电耦合模式[7]的初始场。 *中国科学院知识创新重大项目(KZCXl一SW～04)资助 S8一人工影响天气作业条件及指挥系统 ·481· 3．1电场特征 图2和图3是模拟雷暴云演变过程中地面电场、闪电频数、降水特征参数和上升速度随时间的变 化。15分钟时，在中部负电荷区和LPCC之间，发生了第一次云闪。随着降水粒子浓度及上升速度 的增加，起电活动增强，云内电场快速增加。共发生闪电606次。E。na的负变化是放电中和了部分 LPCC的正电荷所致，模拟与观测的Egnd极性变化基本一致。按照E。。a的变化特征，选取6个典型时 刻，见图2-a。 | 耋 山 王 堇 萝 王 堇 蔫 t，mIn 图2观测点地面电场及降水强度随模拟时间的变化 (a．地面电场，b．液态降水，c．固态降水) ∞-∞口匕叶芒詈5c口一 图3闪电次数、最大上升速度和固态降水粒子的最大下落速度随模拟时间的变化 (柱状图：闪电次数，实线：固态降水粒子下落速度，虚线：最大上升速度) 3．2 Egnd与LPCC及降水 大量研究表明在云冰与结凇软雹／雹相互碰撞期间出现的非感应性相互作用是导致风暴起电以 至产生闪电的主要原因Is]。高原由于高海拔，地面温度较低，固态水成物粒子相对浓度较高，A时刻， 冰雹和霰这两种大的冰相粒子浓度很小。一15℃(反转温度)层距地面仅4km，主要电荷区由带负电 荷的冰晶和云滴组成，云下部的弱的正电荷区由浓度非常小的固