青藏高原地區(qū)雷暴電荷結(jié)構(gòu)不同于其它地區(qū),有其獨(dú)有的特性,但由于受到探測(cè)技術(shù)和觀測(cè)手段的限制,早期研究結(jié)果存在一定的局限性,尚未獲得完整的研究雷暴電荷結(jié)構(gòu)的時(shí)空演變。
為更好地研究青藏高原雷暴電特征,中國(guó)科學(xué)院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所科研人員自行研制三維VHF閃電定位系統(tǒng)和三維寬帶電場(chǎng)定位系統(tǒng),并利用該裝置對(duì)青海省大通地區(qū)一次孤立雷暴電荷結(jié)構(gòu)的演變過程進(jìn)行了觀測(cè)分析,該雷暴發(fā)展過程地面長(zhǎng)時(shí)間顯示以正極性電場(chǎng)為主,持續(xù)時(shí)間較短(約1小時(shí)),是一次具有較強(qiáng)下部正電荷區(qū)的典型雷暴。
研究顯示,在雷暴的發(fā)展和旺盛階段,雷暴呈現(xiàn)出上負(fù)下正的反偶極性電荷結(jié)構(gòu),且下部正電荷區(qū)較強(qiáng)。在雷暴消散階段,云體上部(5-6km高度)出現(xiàn)正電荷區(qū),水平伸展尺度較小,而閃電放電主要發(fā)生在4km高度負(fù)電荷區(qū)和3Km高度的正電荷區(qū),單個(gè)閃電放電主體結(jié)構(gòu)仍然是反偶極性,在云下部1.8km高度負(fù)電荷區(qū)雖然水平尺度較小,但電荷濃度較大,所以在此階段雷暴呈現(xiàn)出正、負(fù)、正、負(fù)的四層電荷結(jié)構(gòu)。通過對(duì)比雷達(dá)回波與閃電定位輻射源發(fā)現(xiàn),在雷暴的發(fā)展階段和旺盛階段,由于負(fù)電荷區(qū)位于約4km高度,所以在負(fù)電荷區(qū)內(nèi)的輻射源基本上都集中在約40dBZ的區(qū)域內(nèi)。而正電荷區(qū)在雷暴的發(fā)展階段,對(duì)應(yīng)雷達(dá)回波較小的區(qū)域。進(jìn)入雷暴的旺盛階段,正電荷區(qū)對(duì)應(yīng)區(qū)域內(nèi)回波較強(qiáng),達(dá)到40dBz以上。
該研究項(xiàng)目受到國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41075002,40775004)、國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目(41030960)、公益性行業(yè)科研專項(xiàng)(GYHY201006005-03)共同資助;研究成果發(fā)表于Atmospheric Research。
2009年8月6日09:08-09:22(UTC)閃電放電VHF輻射源三維定位圖。(a1)斜溝電場(chǎng)擴(kuò)展圖,(a2) 閃電輻射源高度隨時(shí)間的變化,(b) 南北方向上的立面投影,(c) 輻射源發(fā)生數(shù)目隨高度的分布,(d) 平面投影,(e) 東西方向上的立面投影.“X”代表正地閃。
2009年8月6日09:17:34(UTC)一次云閃放電過程的三維結(jié)構(gòu)。“*”代表閃電起始點(diǎn).“—”表示負(fù)電荷區(qū)。