Page 74 - 《高原气象》2023年第1期

高 原 气 象 42 卷
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中 国 科 学 家（Zhang et al， 2004； Qie et al， 算中涉及到的 LCL 即为经验云底 CBH， 其正比于
2009）于 2002 年 和 2003 年 夏 季 在 西 藏 那 曲 地 区 地面温度露点差T–T ， 见式（1）
d
（31°29′N， 92°04′E， 海拔 4508 m）进行了野外雷电 LCL ≈ 123(T - T d ) （1）

综合观测试验。青藏高原地区雷暴过程频繁， 但大 式中： T 是地表空气干球温度； T 是地表空气露点
d
多强度和尺度较小， 生命期短（赵阳等， 2004）， 但 温度。由 WCD 的定义和式（1）可知， 在 0 ℃层高度
2003 年 8 月 13 日的雷暴过程是高原地区一次对流 不变的情况下， 地面温度或是地面露点温度的改
相对强的雷暴过程（Qie et al， 2005b）， 其对流有效 变， 可以导致 LCL 的改变， 进而导致 WCD 的改变，
位能 CAPE 值达到 2019 J·kg ， 从 20:00（北京时，
-1
或在 LCL 不变的情况下， 0 ℃层高度的改变也会引
下同）持续到 22:40， 是观测中持续时间最长的一次
起WCD的改变。
雷暴过程。闪电活动频繁， 期间共探测到总闪 236
为 深 入 认 识 WCD 对 LPCC 的 影 响 ， 本 文 将
次 ， 其 中 正 地 闪 47 次 ， 负 地 闪 1 次 ， 地 闪 率 为
2003 年 8 月 13 日 20:00 那曲地区的探空资料作为对
20. 3%， 较当地其他雷暴过程偏高， 正地闪在地闪
照组（ctrl）， 在此基础上， 设置三组敏感性试验， 第
中所占比例偏大。雷暴进入测站上空时（20:56
一、 二和三组分别改变地面温度、 地面露点温度和
-21:25）， 地面电场维持正极性， 且较为稳定， 闪电
0 ℃层高度。每组实验中， 除对照组外， 对被改变
活动频繁， 同时引起地面电场的负极性变化很大，
的参数取三个不同的值， 对应三个不同的 WCD。
这说明这次雷暴过程的 LPCC 较大， 是一次特殊型
实际上三组实验都是对雷暴背景大气条件的微调
的雷暴。降雹发生在 21:00， 持续约 8 min， 期间闪
整： 第一组改变地面温度， 改变了雷暴云发展初期
电频数达到最大值（张廷龙等， 2007a； 郭凤霞等，
热泡的初始能量， 进而改变了雷暴云的对流强度；
2007b）。这些特点使得这次过程具有很大的研究
第二组主要是通过改变初始大气湿度进而改变了
价值， 其T-lnp图如图1。
雷暴过程的对流强度， 第三组通过改变 0 ℃层的高
WCD 是一个重要的大气层结参数， 是 0 ℃层
度， 也改变了 CAPE 值， 进而改变了对流的强度。
高度和抬升凝结高度（Lifting Condensation Level，
青藏高原地区雷暴个例的统计结果表明， 当地雷暴
LCL）之差， 即云体温度大于 0 ℃的部分。WCD 计
云 WCD 大部分在 200~500 m 的范围内（张廷龙，
2007； 曾钰婷等， 2020）， 因此本文三组敏感性试验
的 WCD 取值均控制在此范围内。为了便于比较，
改变地面温度和改变 0 ℃层高度试验组中， 均对
WCD 分别取 150 m、 250 m、 328 m（ctrl）和 360 m 四
个值， 值得注意的是， 地面露点温度太低时， 模拟
雷暴云没有闪电发生， 因此 WCD 分别取 250 m、
328 m（ctrl）、 360 m 和 500 m 四个值。利用三维雷
暴云动力-电耦合数值模式， 分别对三个不同试验
组中共 10 个算例进行模拟计算， 并分析了这些实
验组中 WCD 的改变对雷暴动力、 微物理和电过程
的影响。

3 暖云区厚度对对流强度和电荷结
构的影响

图1 2003年8月13日那曲地区20:00的T-lnp图 3. 1 暖云区厚度对对流强度的影响
红色实线为温度层结曲线， 绿色实线为露点层结曲线，
由表 1 可知当地面温度升高， WCD 减小， 最大
黑色实线为状态曲线
气流速度增大， 且出现时间提前； 由表 2 可知地面
Fig. 1 The T-lnp of Naqu on 13 August 2003. Red， green
露点温度升高， WCD增大， 最大气流速度增大且出
and black solid line are temperature stratification curve，
dew point stratification curve and black solid 现时间滞后； 由表 3 可知 0 ℃层高度升高， WCD 增
line is state curve， respectively 大， 最大气流速度减小且出现时间滞后。