高矮建筑物多先导连接过程的三维模拟研究

作     者：雷艺楠 

作者单位：南京信息工程大学 

学位级别：硕士

导师姓名：谭涌波

授予年度：2022年

学科分类：07[理学] 070601[理学-气象学] 0706[理学-大气科学] 

主      题：连接过程 数值模拟 多上行先导 高矮建筑物 

摘      要：大量光学研究表明:在地闪连接过程中,随下行先导传播,通常不只有一个上行先导,而是始发多个上行先导。为加深对近地面多先导连接过程的科学认知,本文运用近地面三维多先导模型进行多次下垫面为高、矮建筑物都存在的地闪模拟敏感性试验,改变高建筑物的高度,探讨多先导情况中连接过程的不同情况以及影响因素。此外,针对先前模型的局限性进行改进,并进行与原先模型工作一样的敏感性试验,探讨下行先导选择连接的行为特征,并与原先模型作对比。最后,运用新模型进行相同空间配置下的三组敏感性试验,分别探讨高建筑物的高度、高矮建筑物的水平间距及下行先导的初始电位对高、矮建筑物下连接过程中多先导的起始和落雷点分布的影响。主要结论如下:1.矮建筑物上始发上行先导的概率较小,但其一旦始发上行先导就有较大的可能被击中。建筑物间的高度差是影响闪电连接过程的主要因子。当建筑物间高度差不大时,若下行先导通道偏向矮建筑物,矮建筑物可优先始发上行先导,并有大概率被击中;随着建筑物间高度差的增加,在下行先导通道明显偏向矮建筑物并不断向其靠近的情况下,矮建筑物有可能后始发上行先导,并有一定概率与下行先导连接形成回击过程;当建筑物间高度差超过某个阈值后,下行先导的空间形态对闪电连接过程几乎没有影响,矮建筑物既不会始发上行先导,更不会被击中。2.在不同的高建筑物高度下,矮建筑物先起始上行先导的次数、被击中的次数均小于高建筑物,下行先导与先始发的上行先导连接的次数均大于与后始发的上行先导连接的次数,且均随着高建筑物高度的增加,差距变大。但在多建筑多先导情况中,下行先导与先始发的上行先导连接的次数小于与后始发的上行先导连接的次数。下行先导的初始位置及后续分支的发展情况、多先导的诱发距离和触发步长均会影响下行先导的选择连接。3.各参数对高矮建筑物下连接过程中先导始发及落雷点分布的影响如下:高建筑物越高,矮建筑物越不容易被击中,也越难始发上行先导,高建筑物对矮建筑物的保护作用随高建筑物的增高而增强。高、矮建筑物的水平间距主要对矮建筑物上行先导的始发有较大的影响。高、矮建筑物的水平间距越大,矮建筑物被击中的次数以及起始上行先导的数量越多,此时影响高、矮建筑物上连接过程的因素主要是建筑物本身的高度和下行先导的初始电位。下行先导的初始电位主要对高、矮建筑物下连接过程中上行先导的始发有较大的影响。下行先导的初始电位越强,始发的上行先导总体数量越多,且主要来自于高建筑物,矮建筑物上始发的上行先导的数量占总先导数量的比例随下行先导初始电位的增强而降低,导致其被击中的次数也随之降低。