[发明专利]一种雷暴起电过程的数值模拟方法和系统

权利要求书

1.一种雷暴起电过程的数值模拟方法，其特征在于：

计算水成物粒子混合比参数同气象因子之间的统计关系；

基于雷暴天气的观测数据和所述水成物粒子混合比参数同普通气象因子之间的统计关系，得到雷云微物理参数化方案；

基于所述水成物粒子混合比参数同普通气象因子之间的统计关系和所述雷云微物理参数化方案，进行水成物粒子碰撞起电过程数值模拟。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算水成物粒子混合比参数同普通气象因子之间的统计关系，包括：

基于获取的历史资料和天气再分析数据，提取雷暴天气时期的气象因子数据；

基于所述天气再分析数据，采用WRF获取水成物粒子混合比参数；

计算所述水成物粒子混合比参数同普通气象因子之间的统计关系；

其中所述历史资料包括：天气雷达资料、雷电定位资料和起电实验观测资料。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于雷暴天气的观测数据和所述水成物粒子混合比参数同普通气象因子之间的统计关系，得到雷云微物理参数化方案，包括：

基于雷暴天气的观测数据，对雷云进行识别；

基于雷云识别结果和所述水成物粒子混合比参数同普通气象因子之间的统计关系，确定次网格雷云生成及发展过程的动力描述方程；

基于所述次网格雷云生成及发展过程的动力描述方程并结合中尺度数值模式WRF的次网格离散方案，得到雷云微物理参数化方案。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述水成物粒子混合比参数同普通气象因子之间的统计关系和所述雷云微物理参数化方案，进行水成物粒子碰撞起电过程数值模拟，包括：

基于所述水成物粒子混合比参数同普通气象因子之间的统计关系和所述雷云微物理参数化方案，获取雷电过程中水成物粒子密度和相互碰撞概率；

根据所述密度和互相碰撞概率，确定雷暴起电过程动力描述方程；

根据所述雷暴起电过程动力描述方程和预先拟合的水成物碰撞参数，得到起电方程；

根据所述起电方程，进行水成物粒子相互碰撞的起电过程数值模拟；

其中，所述水成物碰撞参数包括水成物互相碰撞时的直径、速度、转移电荷量和结淞量。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述雷暴起电过程动力描述方程和预先拟合的水成物碰撞参数，得到起电方程，包括：

根据所述雷暴起电过程动力描述方程和预先拟合的水成物碰撞参数，得到非感应起电方程；

根据所述雷暴起电过程动力描述方程和预先拟合的水成物碰撞参数，结合有外界电场存在的情况下所述水成物粒子碰撞时所引起的起电速率，得到感应起电方程。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述起电速率根据所述水成物粒子密度、相互碰撞概率和外电场得到。

7.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述起电方程，进行水成物粒子相互碰撞的起电过程数值模拟前，还包括：将所述起电方程进行次网格离散化。

8.如权利要求4所述的方法，其特征在于，水成物碰撞参数的拟合，包括：

根据雷暴起电历史观测资料和与所述雷暴起电历史观测资料对应的天气历史资料，采用WRF拟合出水成物碰撞参数。

9.一种雷暴起电过程的数值模拟系统，其特征在于，包括：关系确定模块、雷云微物理模块和数值模拟模块；

所述关系确定模块，用于计算水成物粒子混合比参数同气象因子之间的统计关系；

所述雷云微物理模块，用于基于雷暴天气的观测数据和所述水成物粒子混合比参数同普通气象因子之间的统计关系，得到雷云微物理参数化方案；

所述数值模拟模块，用于基于所述水成物粒子混合比参数同普通气象因子之间的统计关系和所述雷云微物理参数化方案，进行水成物粒子碰撞起电过程数值模拟。