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气溶胶对雷暴云电过程影响的数值模拟研究

地球物理学报 2017年第8期60卷 3041-3050页

作者：谭涌波马肖向春燕夏艳羚张鑫南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室气候与环境变化国际合作联合实验室气象灾害预报预警与评估协同创新中心中国气象局气溶胶与云降水重点开放实验室南京210044

本文在已有的三维雷暴云起、放电模式中加入了一种经典的气溶胶活化参数化方案,结合一次长春雷暴个例,进行了雷暴云起放电数值模拟试验.研究显示气溶胶浓度改变对雷暴云微物理、起电及放电过程都有重要影响.结果表明:(1)污染型雷暴云中... 详细信息

本文在已有的三维雷暴云起、放电模式中加入了一种经典的气溶胶活化参数化方案,结合一次长春雷暴个例,进行了雷暴云起放电数值模拟试验.研究显示气溶胶浓度改变对雷暴云微物理、起电及放电过程都有重要影响.结果表明:(1)污染型雷暴云中气溶胶浓度增加时,云滴数目增多,上升风速加强;云中冰晶与霰粒子数浓度增加但尺度减小;(2)相对于清洁型雷暴云,污染型雷暴云非感应起电过程弱,感应起电过程强,起电持续时间长;(3)污染型雷暴云中首次放电时间延迟,闪电持续发生的时间长,总闪电频次增加,正地闪频次增加明显.

关键词：气溶胶起电率电荷结构放电特征数值模拟

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

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大气科学 2024年第3期48卷 1059-1071页

作者：罗林洁谭涌波郑天雪南京信息工程大学应急管理学院南京210044 中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室/中国气象局雷电重点开放实验室北京100081 福建省龙岩市气象局龙岩364000 南京气象科技创新研究院中国气象局交通气象重点开放实验室南京210041

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... 详细信息

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。

关键词：数值模拟小尺度闪电电荷分布模式口袋电荷起始位置闪电面积

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随机性与电环境特征对地闪击地点影响的数值模拟

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地球物理学报 2012年第11期55卷 3534-3541页

作者：谭涌波师正王宁宁郭秀峰南京信息工程大学气象灾害省部共建教育部重点实验室南京210044 南京信息工程大学大气物理学院南京210044

本文利用已有的随机放电参数化方案,结合四次探空资料,进行了12.5m的高分辨率二维雷暴云数值模拟实验,得到了各种雷暴云电荷结构下的地闪个例,并就地闪击地点与空间电荷、电位分布之间的相互关系进行了分析.结果表明:(1)由空间电荷唯一... 详细信息

本文利用已有的随机放电参数化方案,结合四次探空资料,进行了12.5m的高分辨率二维雷暴云数值模拟实验,得到了各种雷暴云电荷结构下的地闪个例,并就地闪击地点与空间电荷、电位分布之间的相互关系进行了分析.结果表明:(1)由空间电荷唯一确定的电位分布决定了先导的传播最大趋势,而闪电传播的随机性所带来的地闪击地点的不确定范围被限制在3km之内,利用动态聚类法迭代得出的三个击地点位置之间的差为1km左右.(2)负地闪的初始点与击地点的位置差主要分布在0～6km范围内,且93%的负地闪分布在0～4km范围内,正地闪的分布相对较广,0～3km范围内占48%,3～6km范围内占34%,6～10km范围内占18%.(3)正、负地闪主要产生于离地面最近的一对电荷堆之间,其起始高度越高,初始点与击地点位置差分布越广;另外,产生于三级性雷暴云电荷结构下的正地闪,其起始于上部的主正电荷堆与中部主负电荷堆之间,由于下行正先导会绕过底部的次正电荷堆,因此其击地点与初始点的距离基本在6km以上.

关键词：击地点电荷结构电位分布先导传播趋势数值模拟

雷暴电荷分布对正极性云闪放电特征影响的数值模拟

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大气科学 2022年第6期46卷 1407-1424页

作者：郑天雪谭涌波罗林洁南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室/气候与环境变化国际合作联合实验室/气象灾害预报预警与评估协同创新中心/中国气象局气溶胶与云降水重点开放实验室南京210044 中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室北京100081

本研究将云闪随机放电参数化方案植入到偶极电荷结构中,固定主负电荷区的参数和位置,通过不断调整上部正电荷区的参数(电荷浓度和水平范围)和位置以此来模拟不同高度处起始的正极性云闪,进而探讨正云闪放电特征与雷暴电荷分布之间的关... 详细信息

本研究将云闪随机放电参数化方案植入到偶极电荷结构中,固定主负电荷区的参数和位置,通过不断调整上部正电荷区的参数(电荷浓度和水平范围)和位置以此来模拟不同高度处起始的正极性云闪,进而探讨正云闪放电特征与雷暴电荷分布之间的关系。模拟结果表明在偶极电荷结构中,抬升上部正电荷区的高度,能够产生如观测所示的高海拔正云闪,不同于普通正云闪起始于向上传播的负先导及水平或稍向下延伸的正先导,高海拔处起始的正云闪以大范围向下传播的正先导及水平或轻微向上延伸的负先导为主要特征。随着上部正电荷区位置的抬升,正云闪起始高度也随之升高,当上部正电荷区抬升到一定高度后(本研究中当上部正电荷区下边界超过12 km),云闪通常起始于主正电荷区内,且上部正电荷区的浓度以及水平半径对于云闪的起始高度没有显著影响。此外,云闪正、负先导通道的长度与电荷区的浓度、水平半径以及起始点和负、正电荷区之间的距离存在显著的正相关关系。

关键词：正极性云闪数值模拟雷暴电荷分布起始高度通道长度

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特大桥桩基填充式压浆处理技术

中外公路 2006年第3期26卷 230-231页

作者：李海涛谭涌波湖南路桥建设集团公司湖南长沙410004

该文主要介绍了邵(阳)-怀(化)高速公路安江沅水特大桥3-2#桩处理方案,针对施工中出现的问题,通过原因分析和方案比选,阐述了3-2#桩的填充式压浆处理技术的可行性。

关键词：桩基填充式压浆处理

伴随超强VHF辐射的闪电双极性窄脉冲初步观测

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气象学报 2007年第1期65卷 124-130页

作者：祝宝友陶善昌谭涌波中国科学技术大学地球和空间科学系合肥230026

闪电过程中一类双极性脉冲辐射伴随的超过常规闪电一个数量级的VHF辐射是卫星观测的穿越电离层的脉冲对(TIPPs)的来源。文中给出了在中国上海地区观测到的该类放电事件产生的78例双极性窄脉冲。典型的双极性窄脉冲上升时间约1.2μs,初... 详细信息

闪电过程中一类双极性脉冲辐射伴随的超过常规闪电一个数量级的VHF辐射是卫星观测的穿越电离层的脉冲对(TIPPs)的来源。文中给出了在中国上海地区观测到的该类放电事件产生的78例双极性窄脉冲。典型的双极性窄脉冲上升时间约1.2μs,初始峰宽度约2—3μs、半宽约1μs,整个脉冲持续时间约15μs,脉冲幅度与地闪首次回击幅度相当,过冲幅度约为初始峰幅度的1/3。这类脉冲波形特征与普通闪电双极性脉冲波形特征差异明显。根据空间双极性脉冲被电离层以及地面-电离层反射的时间延迟并假定电离层高度为85 km,估算了这些双极性窄脉冲发生高度。11例负极性脉冲(对应上面负电荷区对下部正电荷区之间的放电)中有10例脉冲发生高度在海拔14.0—15.0 km,一例出现在负地闪初始击穿阶段的脉冲发生高度为海拔6.4 km。67例正极性窄脉冲发生高度位于海拔7—12 km,平均海拔9.4 km。利用传输线电流模式以及偶极子辐射近似估计了电流在通道内传播时间以及放电电流参数,78例平均结果显示电流从通道底部传播到顶部经历的时间约1μs,电流矩约为5 ***量级。我们推断放电通道长度约100—300 m,放电电流幅度具有20 kA量级,电流传播速度与光速可比拟、具有108m/s量级。

关键词：双极性脉冲 TIPPs 闪电放电 VHF辐射.

双亮度差方法测量白天气象能见度时的误差分析

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应用气象学报 2005年第5期16卷 619-628页

作者：吕伟涛陶善昌谭涌波中国气象科学研究院北京100081 中国科学技术大学地球和空间科学学院合肥230026

对数字摄像能见度观测系统采用双亮度差方法测量白天气象能见度时非标准观测条件引起的误差进行理论分析,并给出了相应的误差控制措施.结果表明:对于正南、正北方地平线附近天空亮度的分布,除了天空布满均匀云层和晴天的中午较为均匀以... 详细信息

对数字摄像能见度观测系统采用双亮度差方法测量白天气象能见度时非标准观测条件引起的误差进行理论分析,并给出了相应的误差控制措施.结果表明:对于正南、正北方地平线附近天空亮度的分布,除了天空布满均匀云层和晴天的中午较为均匀以外,其他时刻垂直相对梯度都较大,通常在4%/°～10%/°范围内,而水平相对梯度大多较小,低于2%/°;不同组的目标-背景视线方向不一致是不容忽视的一个误差源,为了限制和最大程度地减小其不利影响,最好选择具有相同视线仰角的目标物和天空背景,且视线方位角的差异越小越好;可对目标物两侧的天空背景的亮度进行测量,内插获得与目标物视线方向一致的天空背景的亮度;视线方向上气柱照明不均匀会导致测量误差且人工无法调控,应尽量选择下垫面特性较为均匀的观测场地,通过多次采样平均在一定程度上能够减小其影响,也可实时监测视野范围内场地和天空的亮度分布,识别较差的照明状况以免获得误差较大的观测记录;利用树木、草丛、山体、墙壁和窗户等暗目标物难以满足双亮度差方法对观测条件的要求,最好采用反射率足够低的人工实用黑体目标物.

关键词：大气消光系数双亮度差非标准观测条件误差控制数字摄像气象能见度天空亮度测量误差误差分析差方法

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耦合气溶胶模块的雷暴云起电模式

高原气象 2013年第2期32卷 541-548页

作者：王宁宁谭涌波师正郭秀峰南京信息工程大学气象灾害省部共建教育部重点实验室江苏南京210044 南京信息工程大学大气物理学院江苏南京210044

利用耦合气溶胶模块的雷暴云起电新模式,结合SEET个例,对比分析了耦合气溶胶模块前后云内各水成物最大比含水量和空间电荷结构的时间演变,并初步探讨了气溶胶浓度和谱分布对雷暴云电荷总量的影响。结果表明,在250m分辨率下,耦合气溶胶... 详细信息

利用耦合气溶胶模块的雷暴云起电新模式,结合SEET个例,对比分析了耦合气溶胶模块前后云内各水成物最大比含水量和空间电荷结构的时间演变,并初步探讨了气溶胶浓度和谱分布对雷暴云电荷总量的影响。结果表明,在250m分辨率下,耦合气溶胶模块后对雷暴云中的动力和微物理过程仍具有较好的模拟能力。当气溶胶浓度增大时,雷暴云内电荷总量也随之增大,其中大核粒子对雷暴云电荷量的生成有相当大的贡献。

关键词：气溶胶起电模式数值模拟空间电荷

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轴对称建筑物形状对电场畸变影响的数值模拟

电波科学学报 2014年第6期29卷 1219-1224页

作者：谭涌波张冬冬郭秀峰周博文杨忆气象灾害预报预警与评估协同创新中心南京信息工程大学江苏南京210044 中国气象局气溶胶与云降水重点开放实验室南京信息工程大学江苏南京210044

为了研究建筑物形状对大气电场畸变的影响,利用有限元法,计算得出不同形状建筑物周围的电位分布,进而讨论建筑物直径、弯曲度以及高度对大气电场畸变的影响.结果发现:建筑物顶端中心的电场畸变系数β随建筑物直径的增大而减小,且畸变系... 详细信息

为了研究建筑物形状对大气电场畸变的影响,利用有限元法,计算得出不同形状建筑物周围的电位分布,进而讨论建筑物直径、弯曲度以及高度对大气电场畸变的影响.结果发现:建筑物顶端中心的电场畸变系数β随建筑物直径的增大而减小,且畸变系数与建筑物直径的关系式和建筑物弯曲度有一定的关系;电场畸变系数β随建筑物弯曲度的增大而减小,且最终趋于不变;电场畸变系数β随建筑物高度增加而增加,且建筑物的弯曲度不同,β随建筑物高度变化的趋势也不尽相同.对于具体的雷电防护设计,能够提供一些依据.

关键词：电场畸变建筑物形状弯曲度数值模拟