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双层均匀口袋电荷模型下闪电起放电特征的数值模拟研究

罗林洁 谭涌波 郑天雪

罗林洁, 谭涌波, 郑天雪. 双层均匀口袋电荷模型下闪电起放电特征的数值模拟研究[J]. 大气科学. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2209.22078
引用本文: 罗林洁, 谭涌波, 郑天雪. 双层均匀口袋电荷模型下闪电起放电特征的数值模拟研究[J]. 大气科学. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2209.22078
Numerical simulation of the initation and discharge characteristics of lightning under the double-layer uniform pocket charge model[J]. Chinese Journal of Atmospheric Sciences. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2209.22078
Citation: Numerical simulation of the initation and discharge characteristics of lightning under the double-layer uniform pocket charge model[J]. Chinese Journal of Atmospheric Sciences. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2209.22078

双层均匀口袋电荷模型下闪电起放电特征的数值模拟研究

doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2209.22078
基金项目: 国家重点研发计划项目2017YFC1501504; 国家自然科学基金项目41875003; 灾害天气国家重点实验室开放课题2019LASW-A03

Numerical simulation of the initation and discharge characteristics of lightning under the double-layer uniform pocket charge model

  • 摘要:

    大量基于观测的研究认为闪电通道的延展尺度与电荷的分布形态息息相关,强对流区频繁始发的小尺度闪电对应雷暴云内的背景电荷很有可能为“口袋电荷”的分布模式。为验证口袋电荷背景下能形成此类云闪并给出该电荷背景下闪电起、放电的一般规律,本研究将闪电放电参数化方案植入到双层均匀口袋电荷模型中开展了大量随机模拟试验。模拟过程中固定了电荷区的总尺度,通过改变电荷对数进行探讨,着重讨论各电荷背景下闪电起始和放电行为的异同。模拟结果表明(1)随着电荷对数的增加,闪电启动需要的电荷浓度和电荷总量均增加。(2)小电荷区的水平垂直尺度比是影响闪电起始行为的关键因子,除此之外各电荷背景下闪电起始位置和启动概率在水平、垂直方向上的差异还与多对电荷的空间配置关系和逃逸击穿阈值有关。(3)闪电的水平、垂直范围和面积均与小电荷区的尺度息息相关,小电荷区的几何特征限制了闪电的空间特征。(4)电荷区的分布也显著影响着闪电的发展形态,各电荷背景下闪电初始先导角度的分布范围和集中区域有所差异。相较于电荷区倾向于为扁平椭圆形的情况,当电荷区垂直与水平尺度相等时,初始先导角度变化范围明显增大,水平发展的个例明显增多。

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出版历程
  • 收稿日期:  2022-05-12
  • 录用日期:  2023-02-22
  • 修回日期:  2022-09-10
  • 网络出版日期:  2023-03-15

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