利用三维雷暴云动力—电耦合数值模式,通过对青海东北部地区2011年7月29日一次雷暴发展过程进行研究模拟,分析了青海东北部地区雷暴的电荷结构演变特征并从微物理方面讨论了其过程主要形成原因.结果表明,对流过程中霰粒子比含水量分布广,雹粒子比较少,以液态降水为主.青海地区雷暴以三极性结构为主,在上升气流比较弱时电荷结构呈现出下正中负的电荷结构,结构整体电荷密度分布较低,底部正电荷区与负电荷区深厚,霰粒子在下荷正电,冰晶在上荷正电.随着上升气流增大,冰晶粒子随着上升气流抬升碰并时荷正电在负电荷区上形成比较强的正电荷区,中部负电荷区主要是由霰粒子所携带负电荷形成,霰分布广且贴近地面,霰粒子在较低地方主要荷正电荷形成下部弱的正电荷区,随着降水过程拖拽霰粒子下部正电荷区消失,此时霰粒子对下部弱正电荷区形成起着重要作用.

Lightning-generated nitrogen oxides (LNO x ) have a major influence on the atmosphere and global climate change. Therefore, it is of great importance to obtain a more accurate estimation of LNO x . The aim of this study is to provide a reference for the accurate estimation of the total LNO x in the mainland of China based on cloud-to-ground lightning (CG) location data from 2014 to 2018. The energy of each CG flash was based on the number of return strokes per CG flash, the peak current of each return stroke, and the assumed CG breakdown voltage. The energy of intracloud lightning (IC) was based on the estimated frequencies of IC and the assumed energy of each IC flash. Combining the energy of lightning and the number of nitric oxide (NO) molecules produced by unit energy ( ρ no ), the total LNO x production in the mainland of China was determined. The LNO x in the mainland of China estimated in this study is in the range (0.157–0.321) × 10 9 kg per year [Tg(N) yr −1 ], which is on the high end of other scholars’ works. Negative cloud-to-ground lightning (NCG) flashes produce the most moles of NO x , while positive cloud-to-ground lightning (PCG) flashes produce the least total moles of NO x . The breakdown voltage of PCG is greater than that of IC or NCG, while the latter has a greater output of LNO x .

本研究利用ADTD提供的2016～2018年全国陆地范围的地闪资料,对西北内陆高原的西藏那曲、青海大通、甘肃兰州和甘肃平凉这4个地区地闪数量和峰值电流参数的时间变化特征进行了分析.结果表明:总地闪数量日变化呈单峰值分布,主要发生于15:00-19:00.发生月份主要在6月-9月,11月-次年2月很少.负地闪的变化规律与总地闪的变化规律基本一致,这是因为地闪以负地闪为主.4个地区的负地闪和总地闪达到峰值和谷值的时间基本一致,而4个地区的正地闪达到峰值和谷值的时间有些差异.此外,4个地区的正地闪峰值电流变化范围为45 kA～90 kA,负地闪的为10 kA～50 kA,且正、负地闪峰值范围均大于全国陆地区域的.具有差异的是甘肃平凉地区正地闪峰值电流达到最大值为68 kA,青海大通地区达到最小值为34.8 kA;西藏那曲地区负地闪峰值电流达到最大值为43.7 kA,甘肃平凉地区达到最小值为32.6kA.

为了认识以暖云强降水为主导的对流单体中的电荷结构特征及其形成原因,利用加入了起放电参数化方案的WRF模式,模拟了2017年5月7日广州局地突发的以暖云降水为主导的特大暴雨过程,分析讨论了此次过程中一个单体成熟发展阶段的电荷结构的特征及其成因.结果 表明,此次以暖云降水为主导的特大暴雨过程中的单体对流强度较弱,云顶高度低于同地区典型对流过程,强回波区由大雨滴形成,范围较小,顶较低,对流运动向0℃层以上输送的过冷水较少,不利于冰相粒子形成,导致大小冰相粒子含量均较少,其中含量最多的冰相粒子为雪花,其次依次为霰、冰晶、冰雹.云内起电较弱,以非感应起电为主.非感应起电主要以对流区中-15 ℃层以下正的起电率为主,感应起电率以对流区中的负极性为主.对流区中空间净电荷呈三极性结构,其中中部负电荷区和底部正电荷区中心电荷密度及电荷区范围相当,上部正电荷区相对较弱,范围较小.对流区外围仅有弱的中部负电荷区和底部正电荷区.中部负电荷区由带负电荷的冰晶和雪花共同主导,上部正电荷区由带正电荷的雪花主导,底部正电荷区主要是由带正电荷的霰粒子及带正电荷的雨滴主导.强起电区和放电区重合,主要集中在回波中心上部35～50 dBZ的对流区.

为了进一步印证以往观测反推得到的广东地区雷暴云多偶极性电荷结构的结论,利用加入了起放电参数化方案的WRF模式,模拟了广东在2017年5月8日发生的一次飑线过程,并对这次飑线过程中一个雷暴单体成熟期的电荷结构演变特征进行分析,通过分析动力、云水含量、各水成物粒子混合比及携带电荷情况,讨论了电荷结构的形成及演变机制.结果表明,成熟阶段的单体,电荷结构从三极性逐渐演变为偶极性.这是因为在成熟初期,霰粒子在有效液态水含量适中且温度较高的地方与冰晶/雪花粒子发生了非感应碰撞,因此底部霰粒子携带正电,雷暴云底部形成次正电荷区,电荷结构为三极性.而在成熟后期,由于丰富的云水含量,使冰粒子的凇附过程增强,霰不断增加,冰晶和雪花不断被消耗,温度较暖区域与霰共存的冰晶和雪花急剧减少,使得该区域大小冰粒子的非感应碰撞起电急剧减少,此处霰粒子不能再通过非感应碰撞获得正电荷,底部次正电荷区随之消失,雷暴云的电荷结构转变为偶极性.此结果和以往观测反推得到的结论不同,这表明,对南方雷暴电荷结构还需继续深入认识.

本文通过改变三维强风暴动力—电耦合数值模式中电场参量的引入条件,将电场带入积云运动方程及水凝物下落末速中,模拟比较了有无电场影响下模拟云的主要差异.在考虑电场的作用下,由于初期电活动并不剧烈,降水强度与云内风速变化较小;随着云中起电活动的增强,考虑电场影响的模拟云内上升、下沉风速均有所增加,对应时段的降水强度有明显起伏,但累计液态与固态降水量增加微弱;同时,闪电数目增多,闪电发生得更早,持续的时间更长,电场的影响是不可忽视的.模拟发现:雷暴成熟时期,由于电场力的作用,雹粒子瞬时落速变化的极值均超过10ms-1,霰粒子瞬时落速变化极值也超过了7ms-1.但强电场的区域较小,粒子下落时经过强电场区域的时间较短,所以落速极值变化不大,相比之下电场力对半径较小粒子的下落末速的瞬时改变更显著.电场通过对粒子下落速度的影响,改变了水凝物粒子主要源项的生成率,增加雨滴、冰晶粒子的生成率,减小霰、雹粒子的生成率,调整了三相水凝物粒子的时空分布,使云中水汽总量增加9％,释放潜热增加7％,为云体的进一步发展提供了内能.

A new implemented scheme on Pt100 USB thermoscope is introduced. The adopted signal recuperated circuit meliorated the nonlinearity of Pt100, and the optimum Fit Polynomial on temperature is educed by MATLAB. Combined USB with virtual instrument technique, the sampling signal is transferred, processed and displayed. The design, characteristic of its high temperature precision, convenience and better interface, is fit for situations requiring high temperature precision.

Virtual instrument is an advanced technique for electronic measurement and computer test and control. It has become quite popular in developed countries nowadays, while the traditional instruments are almost totally separate from computers in our country. A new sensor test platform based on the theory of detection technology was presented, which also used the virtual instrument technology. The hardware structure, the detailed design of the sensor modules and the interface built on LabVIEW8.20 were introduced.