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1. 研究目的与意义及国内外研究现状

在先进技术及探测设备的不断提升下，人们对雷电现象进行深入研究，推动了雷电物理学的快速发展，其中雷暴云起放电过程成为主要研究探讨的方向。电荷结构在雷暴云起放电过程中具有重要作用，而闪电的类型、极性以及闪电通道的传播特征与雷暴云中的电荷分布息息相关（郭凤霞等2015；谭涌波等2007；王芳等2009）。因此，放电后电荷的重新再分配势必影响雷暴云中的电荷结构分布以及后继的闪电触发时间、类型以及闪电频次等一系列放电特征（夏艳羚等2017）。随着大量的研究结果表明，可通过数值模拟的方法研究雷暴云电过程（孙安平等2002），模式能够合理的描述放电过程，有利于探讨雷暴云微物理、动力以及电荷结构与闪电放电特征之间的相关性。

但是由于放电参数化的复杂性以及放电后电荷的中和及重新分布等问题，还需进一步探讨，许多研究主要探讨放电之前的起电过程，且现有的数值模式研究对于放电后电荷重置如何影响雷暴云电荷结构以及闪电行为的探讨分析很少。因此需要通过合理的放电参数化方案并模拟完善雷暴云放电过程，分析出电荷重新配置方案下电荷结构演变信息，得到影响因素及相关计算参数。本研究拟在已有的三维雷暴云起、放电数值模式中分别引入两种不同的电荷重置方案，探讨不同的重置方案下闪电过程特征及异同性，分析电荷重置对雷暴云电荷结构、闪电频次、类型、极性等电活动特征的影响。

国内外研究现状

自18世纪起随着现代化技术及探测装备的发展，雷电物理学已取得较大进展，而研究随着电子计算机性能的提高，利用数值模拟方法研究雷暴云微物理发展、起电和放电过程逐渐成为大气电学的重要研究手段之一，雷暴云的动力-电耦合数值模拟有助于进一步认识雷暴中起电和放电的特征及本质。此外，通过对比分析闪电活动观测结果与模式模拟结果之间的关系，能够验证对雷暴云的微物理过程以及起电过程模拟的合理性。但是目前已有的研究结果多为放电前的电荷结构和起电过程等，早期很多放电模式工作采用整体放电法，方法简单且过程仅是种假设缺乏必要的物理依据，而自heldson et al.(1992） 首次采用双向先导概念和理想解析模式模拟了闪电通道路径和电荷重新分布以来，单次闪电通道发展参数化方案已经有了很大的发展和应用。mansell et al.(2002)在基于双向先导的概念，利用随机击穿模型考虑通道感应电荷对云中电位的影响，进行了500m和250m分辨率雷暴云起、放电的数值模拟，成功模拟了多种类型的闪电，再现了通道的大尺度曲折结构。谭涌波在研究云闪放电对云内电荷分布的影响时采取了与mansell相同的电荷重置方案，认为云闪放电沿着放电通道区域沉积了异极性电荷，形成了复杂的空间电荷分布，有效地导致了云中电位和场强绝对值及静电场能量剧烈下降。虽然现有的研究中已对放电后电荷重置问题进行了处理，但是也只是提出了一种处理方法，并未对此问题进行研究分析。由此可见目前关于电荷重置问题的讨论分析还很少。

2. 研究的基本内容

1.研究并确立合理有效的放电参数化方案以及两种不同的电荷重置方案。

2.探讨两种不同电荷再分配方式下电荷分布以及演变特征、闪电频次、闪电类型、极性、云地闪比例等闪电特征的差异性。

3.选取合适的观测个例，开展数值模拟实验，定量给出加入重置方案后雷暴云电荷结构的演变信息、闪电频次、闪电类型、极性等闪电行为，并将两种重置方案下雷暴云的电荷结构及闪电行为进行对比分析。

3. 实施方案、进度安排及预期效果

一、实施方案

①确定模拟放电过程的参数化方案，并将两种不同电荷重置方案加到已有的三维雷暴云起、放电模式中，建立起一个新的数值模型，根据模型编写并调试相关程序，确定参数合理有效，为后续实验做足各项准备工作。

②通过数值模拟实验，从定量分析的角度对比不同研究结果，改变重置方案一中感应电荷的计算量，对比分析不同感应电荷计算量下的雷暴云电特征；改变重置方案二中通道及邻近格点水成物粒子电荷浓度降低的比例，对比分析不同电荷浓度下雷暴云的电特征。

4. 参考文献

fierroa o, leslie l m, mansell e r, et al. numerical simulations of the microphysicsand electrification of the weakly electrified 9 february 1993 toga coare squallline: comparisons with observations[j]. monthly weather review, 2010,136(1):364-379.

helsdonj h, wu g, farley r d. an intracloud lightning parameterization scheme for astorm electrification model[j]. journal of geophysical research atmospheres,1992, 97(d5):5865-5884.