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冰核化过程影响“晴天霹雳”闪电形成的数值模拟研究

晴天霹雳闪电，非感应起电，电荷结构，同质核化，异质核化

主题1 天气、气候、全球变化、行星大气 > 专题1.28 雷暴气象和雷电物理

为探究冰核化过程对“晴天霹雳”（Bolt-from-the-Blue，BFB）闪电可能产生的影响，本文利用包含起电和放电过程的三维积云模式，对比分析了两种不同核化方案下雷暴云的起电与闪电特征。一种方案同时考虑均质与异质核化过程，另一种则仅考虑均质核化。模拟结果表明，异质核化过程可能对BFB闪电的发生具有重要影响。云顶附近，同质核化过程生成大量小冰晶，通过非感应起电机制形成上部主正电荷区；而异质核化过程则产生大冰晶，促进霰粒增长，在-15°C附近加速并增强电荷分离，进而导致主负电荷区显著增强。仅考虑均质核化时，电荷结构呈典型偶极性，闪电以云闪为主，发生云闪22次，正地闪1次，未出现BFB闪电。而在同时考虑两种核化过程的方案中，异质核化使电荷结构更为复杂：早期过早的异质核化导致反偶极性结构，随后发展为复杂多极性，最终演变为经典三极性结构。在三极性电荷结构背景下，中部主负电荷区的电荷量显著高于上部主正电荷区，这种特殊的三极性结构有利于BFB闪电的产生。该方案下共发生云闪152次、地闪112次，其中包含7次BFB闪电。