云闪放电对云内电荷和电位分布影响的数值模拟

摘要：

我们应用改进的随机闪电参数化方案,对两次雷暴的起、放电过程进行了二维12.5 m和250 m分辨率云闪模拟试验,分析表明高分辨率模拟的云闪通道几何结构、延伸范围和最大垂直电场变化等特征与观测结果更为一致,并且揭示了云闪放电重新配置云内电荷分布和空间电荷中和过程的一种新的物理图像:(1) 云闪的直接物理效应是在已有的空间电荷区内沿着放电通道沉积异极性电荷、形成复杂的空间电荷分布,有效地导致云中电位和场强绝对值及静电场能量剧烈下降,使放电终止.其中:放电后在闪电通道经过主要区域,电位降到±30 MV之间,垂直电场强度也降到±20 kV·m-1之间,一次正或负云闪估计消耗掉107～1010 J静电能;(2) 云中电荷中和不是正、负空间电荷简单地直接相互抵消的瞬态过程,而是广泛分布的云中空间电荷与通道沉积的异极性电荷通过湍流交换、平流输送、重力沉降以及起电等多种因素逐渐混合并部分被中和的一个后续慢过程,其弛豫时间典型值在14～44 s之间,在此期间通道感应电荷总量下降到50%以下.并残余部分电荷参与后续放电前高空间电荷密度和强电场的重建过程.

关键词：云闪、感应电荷、电位分布变化、静电能量变化、电荷中和

所属期刊栏目：50

分类号：P427(气象基本要素、大气现象)

资助基金：国家自然科学基金40205002;40475004

在线出版日期：2007-08-20（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共13页

页码：1053-1065