雷暴云内带电降水粒子的观测研究

本项目拟自行研制携带有高精度GPS的云内带电降水粒子摄像系统，并在天气雷达的指挥下，通过探空气球携带对雷暴进行穿云观测，获取探空路径上降水粒子的相态、尺寸、电荷极性及其电荷量等信息。分析带电降水粒子相态、尺寸与电荷极性、电荷量之间的关系，计算降水粒子总电荷密度的垂直分布特征，对比各种带电降水粒子对总电荷区密度的贡献及其分布特征，结合层结特征深入研究雷暴云电荷结构的优势起电机制；配合地面电场以及闪电引起的电场变化资料，研究雷暴在不同发展阶段的闪电活动特征。揭示闪电活动特征与雷暴电荷结构之间的联系和物理机理。研究结果不仅将进一步加深对雷暴云内电荷区分布规律的认识，而且对雷暴云电荷结构特征的成因探讨具有重要的科学应用价值。

本项目旨在制作气球携带的雷暴云内强电场以及带电降水粒子的探空系统，并实现对雷暴云的穿云观测。2012年夏季在中国内陆高原平凉地区成功实现了穿云观测，并获取了两次雷暴云内的电场信息以及带电降水粒子信息的采集，为研究雷暴云电荷结构、带电降水粒子垂直分布特征以及深入探讨起电机制提供的重要的基础数据。电场资料的初步分析结果显示，对流降水区的电荷结构较为复杂，而层云降水区内呈三极性电荷结构。其次，为了获知云内降水粒子的宏观分布特征，利用X波段多普勒双偏振雷达在甘肃平凉地区获取的一次雷暴过程资料，采用模糊逻辑判断法详细分析了该过程云内降水粒子的时空演变特征，同时结合该地区雷暴的电学特征，探讨了雷暴云电荷结构与云内降水粒子之间的关系。研究结果显示，中国内陆高原雷暴云下部正电荷区的强弱最有可能决定于霰粒子的多少。另外，结合已有的雷暴及闪电观测资料，对中国内陆高原不同海拔高度地区雷暴及闪电特征进行了分析和研究。