王藝儒 譚涌波 鄭天雪 余駿皓 李春筍 劉敏芝

1)(南京信息工程大學(xué)氣象災(zāi)害教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/氣候與環(huán)境變化國(guó)際合作聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室/氣象災(zāi)害預(yù)報(bào)預(yù)警與評(píng)估協(xié)同創(chuàng)新中心/中國(guó)氣象局氣溶膠與云降水重點(diǎn)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室， 南京 210044)

2)(中國(guó)氣象科學(xué)研究院災(zāi)害天氣國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/雷電物理和防護(hù)工程實(shí)驗(yàn)室, 北京 100081)

引 言

根據(jù)始發(fā)位置的不同，閃電可以分成始發(fā)于高大建筑尖端的上行閃電與始發(fā)于云內(nèi)的閃電，上行閃電數(shù)量相對(duì)較少。隨著觀測(cè)手段的進(jìn)步以及高大建筑的增多，包括中國(guó)氣象局雷電野外科學(xué)試驗(yàn)基地的廣州高建筑物雷電觀測(cè)站(Tall-Object Lightning Observatory in Guangzhou,TOLOG)在內(nèi)，世界各地研究機(jī)構(gòu)陸續(xù)開(kāi)展了針對(duì)上行閃電的觀測(cè)與研究[1-16]。

不同閃電的始發(fā)條件一直是雷電研究的熱點(diǎn)，大量研究表明：不同類(lèi)型閃電的始發(fā)與云中電荷結(jié)構(gòu)密切相關(guān)[17-21]，對(duì)于上行閃電而言，通過(guò)觀測(cè)推測(cè)上行閃電的起始與雷暴云中電荷區(qū)高度有關(guān)，當(dāng)雷暴云電荷結(jié)構(gòu)較低時(shí)，地面電場(chǎng)強(qiáng)度通常較強(qiáng)，容易產(chǎn)生上行地閃[22-24]。此外，建筑高度與建筑尖端的電暈層都是影響上行閃電始發(fā)的因素，一般認(rèn)為建筑物越高，觸發(fā)上行閃電需要的環(huán)境電場(chǎng)越小，越容易始發(fā)上行閃電，并且建筑物尖端電暈層對(duì)建筑尖端電場(chǎng)存在抑制作用，進(jìn)而影響上行閃電始發(fā)[25-27]。根據(jù)上行閃電始發(fā)因素的不同，可將上行閃電分成觸發(fā)型與自持型兩類(lèi)，觸發(fā)型上行閃電的起始主要受其他閃電放電產(chǎn)生的瞬時(shí)強(qiáng)電場(chǎng)的影響，自持型上行閃電則是云中電荷不斷累積引發(fā)的[28]，自持型上行閃電的起始可能與云中電荷結(jié)構(gòu)尤其是電荷區(qū)高度關(guān)系更為密切?？偨Y(jié)目前已有的觀測(cè)結(jié)果不難發(fā)現(xiàn)，自持型上行閃電更容易在冬季或者山地雷暴中始發(fā)[1,2,29]，這可能與這兩種雷暴發(fā)生時(shí)地面溫度較低、云中電荷結(jié)構(gòu)整體高度較低有關(guān)[29-31]。

綜上所述，云中電荷提供上行閃電需要的環(huán)境電場(chǎng)，建筑尖端增強(qiáng)環(huán)境電場(chǎng)以達(dá)到閃電始發(fā)條件，電荷結(jié)構(gòu)可能也是影響自持型上行負(fù)地閃始發(fā)的重要因素[32-33]。上行閃電數(shù)量較少，針對(duì)自持型上行負(fù)閃電的觀測(cè)數(shù)據(jù)更少，并且觀測(cè)大多針對(duì)閃電通道的形態(tài)、通道速度等，難以探測(cè)閃電發(fā)生時(shí)云中的電荷結(jié)構(gòu)，數(shù)值試驗(yàn)可以通過(guò)改變?cè)O(shè)定的背景電荷結(jié)構(gòu)模擬不同類(lèi)型電荷結(jié)構(gòu)下引發(fā)不同類(lèi)型的閃電，并且可以記錄閃電發(fā)生時(shí)云中的最大電場(chǎng)強(qiáng)度以及建筑尖端的環(huán)境電場(chǎng)，通過(guò)該方式可討論有利于始發(fā)自持型上行負(fù)地閃的云中電荷結(jié)構(gòu)。本文在已有的閃電參數(shù)化方案基礎(chǔ)上[26,34]，加入偶極性雷暴云電荷結(jié)構(gòu)模型，通過(guò)敏感性試驗(yàn)，分析利于自持型上行負(fù)地閃始發(fā)的電荷結(jié)構(gòu)特征，討論不同電荷背景下自持型上行負(fù)地閃的傳播特征。

1 閃電數(shù)值模式

本文與TOLOG觀測(cè)分析結(jié)果進(jìn)行簡(jiǎn)要對(duì)比，并對(duì)觀測(cè)分析進(jìn)行補(bǔ)充，主要探討利于自持型上行負(fù)地閃始發(fā)的云中電荷初始條件，采用已有的高分辨率上行閃電參數(shù)化方案[34]，在模擬域底端固定一個(gè)寬50 m，高200 m的建筑。電荷結(jié)構(gòu)采用經(jīng)典的偶極電荷模型，并開(kāi)展相關(guān)的敏感性試驗(yàn)。

1.1 雷暴云背景電荷的設(shè)定

觀測(cè)發(fā)現(xiàn)自持型上行閃電大多出現(xiàn)在山地與冬季雷暴過(guò)程中，雷達(dá)探測(cè)和閃電三維定位數(shù)據(jù)的分析表明這類(lèi)雷暴通常云層較低，電荷結(jié)構(gòu)大多呈現(xiàn)偶極性[20,32,35]。本文分析利于負(fù)極性自持型上行負(fù)地閃始發(fā)的電荷結(jié)構(gòu)特征，重點(diǎn)考慮主負(fù)電荷區(qū)電荷參數(shù)，由于目前少有針對(duì)上行閃電始發(fā)時(shí)的電荷分布探測(cè)結(jié)果，同時(shí)難以使用一個(gè)電荷分布概括所有的雷暴云電荷實(shí)際分布，因此本文背景電荷選用最為常見(jiàn)的經(jīng)典偶極性電荷結(jié)構(gòu)，并針對(duì)上行閃電始發(fā)時(shí)電荷層較低這一觀測(cè)結(jié)論，降低了整體的電荷高度。

有很多類(lèi)型的電荷分布結(jié)構(gòu)[35-37]，圖1是本研究模擬設(shè)定的電荷結(jié)構(gòu)分布示意圖，雷暴云電荷垂直分布從上到下依次為負(fù)的屏蔽層電荷區(qū)(S)、上部正電荷區(qū)(P)和主負(fù)電荷區(qū)(N)。模擬域采用高分辨率的二維直角坐標(biāo)系，范圍為20 km×15 km，空間分辨率為10 m×10 m。圖1中虛線是負(fù)電荷等密度線，實(shí)線是正電荷等密度線。雷暴云各個(gè)電荷區(qū)呈橢圓形，其中電荷區(qū)的電荷密度在電荷區(qū)的中心處最大，由中心向外指數(shù)遞減，呈高斯分布。模擬域中電荷區(qū)的電荷密度分布由以下公式?jīng)Q定[35]：

圖1 雷暴云偶極性電荷結(jié)構(gòu)示意圖[35]

ρ=ρ0e-(2φ)2，

(1)

(2)

其中，ρ0是各個(gè)電荷區(qū)中最大電荷密度，該值可以表征電荷區(qū)整體電荷密度情況；x0和z0為電荷區(qū)中心坐標(biāo)，各電荷層的橢圓長(zhǎng)半軸為rx，短半軸為rz，如無(wú)特殊說(shuō)明，下文z0，ρ0與rx均指主負(fù)電荷區(qū)參數(shù)，當(dāng)電荷濃度衰減至0.1 nC·m-3，設(shè)定此處為電荷區(qū)的邊界。

為了保證上行負(fù)地閃能夠始發(fā)，結(jié)合觀測(cè)發(fā)現(xiàn)上行閃電多出現(xiàn)在雷暴云較低情況下[30-31]，模擬中需要控制除主負(fù)電荷區(qū)以外的電荷參數(shù)，電荷區(qū)參數(shù)范圍取值參考了郭鳳霞等[38]模擬的青藏高原地區(qū)雷暴消散期云層較低時(shí)使用的參數(shù)以及張廷龍等[39]在中國(guó)高原地區(qū)探測(cè)到的偶極性電荷結(jié)構(gòu)參數(shù)，任何類(lèi)型閃電的始發(fā)都需要足夠大的電荷總量，為了保證閃電的始發(fā)及敏感性試驗(yàn)中主負(fù)電荷區(qū)是唯一變化的影響因子，全文控制了P區(qū)的水平范圍以及電荷濃度，具體參數(shù)及變化范圍見(jiàn)表1。

表1 雷暴云電荷區(qū)的空間參數(shù)和電荷參數(shù)

1.2 放電參數(shù)化方案

1.2.1 閃電的啟動(dòng)

本文為了考慮有利于自持型上行負(fù)地閃發(fā)展的云中電荷結(jié)構(gòu)，需要考慮云中的閃電先導(dǎo)與始發(fā)于建筑物尖端的上行負(fù)地閃之間始發(fā)的先后關(guān)系，也就是本模式同時(shí)監(jiān)測(cè)云中與建筑尖端的最高電場(chǎng)，如果云中電場(chǎng)已達(dá)到閃電啟動(dòng)閾值，則自持型上行負(fù)地閃不會(huì)始發(fā)。

對(duì)于具體的閃電啟動(dòng)閾值，起始于云中的閃電閾值采取常規(guī)空氣擊穿閾值150 kV·m-1[40]。通常背景電荷在建筑物高度處產(chǎn)生的環(huán)境電場(chǎng)量級(jí)為101kV·m-1，達(dá)不到擊穿空氣所需的閾值，自持型上行負(fù)地閃的啟動(dòng)所需的強(qiáng)電場(chǎng)由建筑物尖端畸變而來(lái)，本文不模擬建筑尖端的畸變效應(yīng)，使用的是未計(jì)算畸變效應(yīng)之前的環(huán)境電場(chǎng)閾值，設(shè)定為15 kV·m-1，具體畸變效應(yīng)以及計(jì)算過(guò)程詳見(jiàn)文獻(xiàn)[26]。

1.2.2 上行先導(dǎo)的傳播

上行閃電的發(fā)展采用步進(jìn)式，即下一個(gè)時(shí)間點(diǎn)閃電通道只會(huì)延伸一個(gè)空間格點(diǎn)。閃電發(fā)展時(shí)，通道周?chē)赡軙?huì)出現(xiàn)不止一個(gè)滿足傳播閾值的點(diǎn)，選取其中一個(gè)作為下一個(gè)傳播點(diǎn)。閃電容易朝著與通道之間電位差較高的地方發(fā)展，根據(jù)該現(xiàn)象，計(jì)算全部已有的通道點(diǎn)與其環(huán)境點(diǎn)之間的電位差，選取所有超過(guò)傳播閾值的空間點(diǎn)，并以電勢(shì)差與傳播閾值的差為權(quán)重隨機(jī)選取下一個(gè)通道點(diǎn)，電位差越強(qiáng)的點(diǎn)越容易成為下一個(gè)閃電通道點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上，本模式對(duì)閃電通道的發(fā)展順序進(jìn)行標(biāo)記，也就是可以在通道圖中看到閃電主通道、各分支發(fā)展的順序，并在通道圖中用顏色標(biāo)記，借此討論閃電分支發(fā)展的特征。

在模擬過(guò)程中，當(dāng)上行閃電發(fā)展至閃電通道與周邊所有環(huán)境點(diǎn)之間的電位差均未達(dá)到傳播閾值，或閃電通道發(fā)展到邊界時(shí)，認(rèn)為閃電終止。本文重點(diǎn)研究有利于上行閃電始發(fā)的電荷結(jié)構(gòu)，不考慮閃電停止發(fā)展或是擊中地面的后續(xù)過(guò)程。

2 模擬結(jié)果

由于電荷區(qū)垂直尺度的可變化范圍小[41]，本文考慮的主負(fù)電荷區(qū)參數(shù)有ρ0，z0與r0。由式(1)和式(2)可知，主負(fù)電荷區(qū)的電荷大小由電荷區(qū)的ρ0和rx共同決定, 且兩個(gè)變量之間相互獨(dú)立, 本文固定兩者中的一個(gè)參數(shù)，尋找主負(fù)電荷區(qū)在不同高度下可以始發(fā)自持型上行負(fù)地閃的另一個(gè)參數(shù)，以此討論有利于上行閃電始發(fā)的電荷參數(shù)。

2.1 有利于上行閃電發(fā)展的主負(fù)電荷區(qū)高度與電荷密度關(guān)系

本節(jié)將固定主負(fù)電荷區(qū)rx(3.0 km)，將z0從4.0 km 以10 m為步長(zhǎng)不斷調(diào)整，在每一個(gè)既定z0下，將ρ0從0.8 nC·m-3以0.1 nC·m-3為單位步長(zhǎng)不斷增加，直至剛好始發(fā)自持型上行負(fù)地閃或者云中閃電先導(dǎo)，以此找到有利于始發(fā)自持型上升負(fù)地閃的電荷電荷參數(shù)。

圖2是始發(fā)自持型負(fù)極性上行閃電的4個(gè)案例，圖2中閃電通道均始發(fā)了負(fù)極性上行閃電，按照順序編號(hào)為UNL1，UNL2，UNL3以及UNL4，z0分別為3.75，3.5，3.2 km以及3.0 km。

表2是云中電場(chǎng)極值與建筑物尖端的環(huán)境電場(chǎng)大小以及其他一些參數(shù)，綜合圖2和表2可以發(fā)現(xiàn)，UNL1～UNL4中設(shè)定的z0越低，引發(fā)上行負(fù)地閃需要的ρ0越低，這可能是由于近地面高度的電場(chǎng)強(qiáng)度主要是受離地最近的電荷區(qū)控制，靜電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)與距離的平方成反比，在雷暴云電荷偶極性結(jié)構(gòu)下，主負(fù)電荷區(qū)離地越近，近地面的場(chǎng)強(qiáng)越高，達(dá)到上行負(fù)地閃始發(fā)的電場(chǎng)閾值所需要的ρ0也就越低。模擬出的上行負(fù)地閃傳播在閃電發(fā)展初期，通道垂直向上發(fā)展逐漸形成閃電的主通道。隨著閃電持續(xù)發(fā)展，閃電通道在水平方向也有所延伸。當(dāng)閃電通道發(fā)展至主負(fù)電荷區(qū)附近，通道開(kāi)始沿各個(gè)方向延伸，通道不斷出現(xiàn)大大小小的分支，這些形態(tài)特征都與上行閃電的光學(xué)觀測(cè)相吻合[3]。圖2中閃電通道的顏色代表了閃電通道發(fā)展的順序，同一高度處分支顏色幾乎一致，說(shuō)明了分支同時(shí)發(fā)展，并且閃電的主要分支都是在電位40 MV處出現(xiàn)。UNL1～UNL4的z0逐漸降低，始發(fā)的閃電總步長(zhǎng)隨之減少，這與模擬使用的電荷結(jié)構(gòu)相似，以及上行閃電一般發(fā)展到云中電位勢(shì)阱處不無(wú)關(guān)系[42]，當(dāng)主負(fù)電荷區(qū)下移時(shí)，圖2中主負(fù)電荷區(qū)的電位勢(shì)阱垂直高度下移，限制了閃電通道發(fā)展的高度，造成閃電總步長(zhǎng)的減少。此外，主負(fù)區(qū)電荷高度的降低，導(dǎo)致負(fù)極性上行閃電始發(fā)所需的ρ0隨之降低，這會(huì)減少主負(fù)電荷區(qū)的整體電場(chǎng)強(qiáng)度，這也是造成閃電總步長(zhǎng)降低的因素。

圖2 主負(fù)電荷區(qū)不同高度的閃電通道結(jié)構(gòu)及放電前電位分布(實(shí)線和虛線分別代表正、負(fù)電位等值線，單位：MV；彩色代表閃電通道發(fā)展步數(shù))

表2 主負(fù)電荷區(qū)不同高度下有利于上行負(fù)地閃發(fā)展電荷背景及其他參數(shù)

2.2 水平范圍對(duì)始發(fā)上行負(fù)地閃發(fā)展的影響

本節(jié)則固定z0(3.5 km)，討論利于自持型上行負(fù)地閃始發(fā)的不同rx與ρ0的參數(shù)組合。具體做法為先固定rx為3.0 km，在這個(gè)值下以0.1 nC·m-3為步長(zhǎng)將ρ0從1.2 nC·m-3不斷調(diào)整，直到始發(fā)了自持型上行負(fù)地閃或是云中閃電先導(dǎo)，隨后以100 m 為步長(zhǎng)擴(kuò)大rx，重復(fù)之前操作以尋找對(duì)應(yīng)的ρ0值。

圖3中4個(gè)案例均為負(fù)極性自持型上行負(fù)地閃，編號(hào)為UNL5，UNL6，UNL7和UNL8。UNL2中z0與圖3中一致，因此，討論時(shí)將UNL2加入其中。UNL2與UNL5～UNL8設(shè)定的rx分別為3.0，3.25，3.5，4.0 km與4.25 km，在對(duì)應(yīng)的rx下得到有利于上行負(fù)地閃始發(fā)的ρ0以及其他結(jié)果見(jiàn)表3。由圖3與表3可以發(fā)現(xiàn)，在z0相同情況下，主負(fù)電荷區(qū)的水平分布越大，引發(fā)上行負(fù)地閃所需要的ρ0越低，對(duì)于偶極性電荷結(jié)構(gòu)而言，電荷量大小決定了整體電勢(shì)能的大小，主負(fù)電荷區(qū)電荷總量是由主負(fù)區(qū)ρ0與主負(fù)區(qū)rx共同決定，其他參數(shù)不變時(shí)，剛好觸發(fā)上行負(fù)地閃需要的ρ0與rx呈反相關(guān)。本節(jié)上行負(fù)地閃的傳播特征與之前類(lèi)似，在閃電發(fā)展初期，閃電通道幾乎沒(méi)有水平方向的延伸，在近地面閃電很少出現(xiàn)水平方向的發(fā)展。UNL5～UNL8的閃電通道均在電位40 MV附近開(kāi)始出現(xiàn)主要分支。

圖3 主負(fù)電荷區(qū)不同水平范圍的閃電通道結(jié)構(gòu)及放電前電位分布(實(shí)線和虛線分別代表正、負(fù)電位等值線，單位：MV；彩色代表閃電通道發(fā)展步數(shù))

表3 主負(fù)電荷區(qū)不同水平范圍下有利于上行負(fù)地閃發(fā)展電荷背景及其他參數(shù)

3 結(jié)果分析

將主負(fù)電荷區(qū)的rx固定為3.0 km，將雷暴云主負(fù)區(qū)從最高處(上邊界緊貼主正區(qū)下邊界，z0=4.0 km)以10 m為步長(zhǎng)不斷下移，高度最低值z(mì)0為2.5 km，在每一個(gè)既定的主負(fù)電荷區(qū)高度下，將ρ0從0.5 nC·m-3以0.1 nC·m-3為步長(zhǎng)不斷增加，直到始發(fā)自持型上行負(fù)地閃或云中閃電先導(dǎo)，得到若干組有利于上行負(fù)地閃始發(fā)的電荷參數(shù)點(diǎn)，以此探討影響自持型上行負(fù)地閃始發(fā)的主負(fù)電荷區(qū)因子。

由圖4可以看到，在固定rx情況下，有利于自持型上行負(fù)地閃發(fā)展的主負(fù)電荷區(qū)z0與ρ0關(guān)系密切，z0越大，始發(fā)上行負(fù)地閃所需ρ0越大，這是由于地面建筑處的環(huán)境電場(chǎng)強(qiáng)度與電荷區(qū)之間距離的平方成反比，云層較高時(shí)電荷離地較遠(yuǎn)，需要更大的ρ0滿足上行負(fù)地閃所需要的環(huán)境電場(chǎng)強(qiáng)度。由表3可以看到，主負(fù)電荷區(qū)z0不變時(shí)，若主負(fù)電荷區(qū)的rx減小，為了滿足上行閃電始發(fā)的初始電場(chǎng)閾值，始發(fā)上行負(fù)地閃所需的主負(fù)電荷區(qū)ρ0會(huì)同時(shí)增加。由圖4可知，在滿足始發(fā)自持型上行負(fù)地閃的參數(shù)中，電荷區(qū)位于較高位置時(shí)，需要較大的ρ0以達(dá)到上行負(fù)地閃所需電場(chǎng)強(qiáng)度起始閾值，增大的ρ0又會(huì)導(dǎo)致云中電場(chǎng)強(qiáng)度抬升，同時(shí)主負(fù)電荷區(qū)離地越遠(yuǎn)，電荷的積累過(guò)程對(duì)云中電場(chǎng)強(qiáng)度增幅效果越好，如z0為3.8 km 時(shí)云中電場(chǎng)強(qiáng)度已經(jīng)接近常規(guī)空氣擊穿閾值，可以推測(cè)，如果主負(fù)電荷區(qū)高度再次抬升，隨著主負(fù)電荷區(qū)電荷不斷累積，始發(fā)于云中的閃電會(huì)先于自持型上行負(fù)地閃始發(fā)，因此，電荷區(qū)高度值可能是影響上行負(fù)地閃始發(fā)的關(guān)鍵因素，這也與觀測(cè)發(fā)現(xiàn)上行閃電多始發(fā)于電荷結(jié)構(gòu)較低的環(huán)境這一結(jié)論一致[2-3]?？梢酝茰y(cè)存在一個(gè)能夠始發(fā)上行負(fù)地閃的z0閾值，當(dāng)主負(fù)電荷區(qū)高度高于該值時(shí)，隨著電荷的不斷累積，會(huì)發(fā)生起始于云中的閃電而不是自持型上行負(fù)地閃，只有在z0低于該值時(shí)，電荷的不斷積累促使自持型上行負(fù)地閃始發(fā)。這是由于z0較大時(shí)，云中電荷離地較遠(yuǎn)，電荷累積過(guò)程對(duì)云中電場(chǎng)的增幅效果遠(yuǎn)大于對(duì)建筑尖端電場(chǎng)的增幅效果，始發(fā)于云中的閃電會(huì)先于建筑尖端的自持型上行負(fù)地閃始發(fā)，這就使得兩種閃電之間存在一定競(jìng)爭(zhēng)。這個(gè)高度閾值在不同的云中電荷環(huán)境下不同，之前模擬試驗(yàn)固定了主正電荷區(qū)水平范圍，當(dāng)主正電荷區(qū)水平范圍擴(kuò)大時(shí)，由于主正電荷區(qū)對(duì)云中電場(chǎng)強(qiáng)度的增幅作用大于對(duì)地面處，云中更容易始發(fā)閃電，那么之前推測(cè)出上行負(fù)地閃始發(fā)閾值z(mì)0可能會(huì)降低，主負(fù)電荷區(qū)需要在更低的位置才能使云中電荷不斷累積致使自持型上行負(fù)地閃始發(fā)，同時(shí)該閾值也受風(fēng)速、溫度、建筑高度等環(huán)境因素影響。

圖4 有利于上行負(fù)地閃發(fā)展的主負(fù)電荷區(qū)高度與電荷濃度以及云中電場(chǎng)極值(離散點(diǎn)為有利于自持型上行負(fù)地閃的參數(shù)點(diǎn)，彩色為對(duì)應(yīng)參數(shù)下的云中最強(qiáng)電場(chǎng))

4 小 結(jié)

為了探討有利于上行負(fù)地閃始發(fā)的云內(nèi)電荷結(jié)構(gòu)與自持型上行負(fù)地閃的傳播特征，彌補(bǔ)TOLOG上行閃電觀測(cè)手段的不足，本文在設(shè)定的偶極性電荷結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上結(jié)合已有的上行閃電參數(shù)化方案，進(jìn)行高分辨率的二維上行閃電數(shù)值模擬，得到以下主要結(jié)論：

1) 模擬出的自持型上行負(fù)地閃通道傳播具有一定特征，表現(xiàn)為閃電于建筑尖端起始的部分幾乎沒(méi)有分叉，筆直地朝著垂直方向傳播開(kāi)去，隨著閃電的持續(xù)發(fā)展，閃電漸漸出現(xiàn)水平方向的延伸，閃電通道分支也逐漸增多。分支一般從下向上發(fā)展，主通道前段發(fā)展出新的分支一定程度上會(huì)阻礙位于下方的閃電分支的發(fā)展，位于同一高度的分支可能存在同時(shí)發(fā)展的趨勢(shì)。

2) 通過(guò)不斷調(diào)整電荷參數(shù)尋找有利于自持型上行負(fù)地閃的參數(shù)，發(fā)現(xiàn)隨著主負(fù)電荷區(qū)越高，始發(fā)上行負(fù)地閃需要更高的電荷濃度與更大的電荷水平分布范圍。主負(fù)電荷區(qū)高度是影響自持型上行負(fù)地閃始發(fā)的重要因素，推測(cè)存在一個(gè)上行負(fù)地閃始發(fā)的主負(fù)電荷區(qū)高度閾值，當(dāng)主負(fù)電荷區(qū)高度高于該值時(shí)，隨著電荷量的不斷累積，可能出現(xiàn)云中先于建筑尖端滿足閃電始發(fā)條件，該雷暴云電荷環(huán)境下會(huì)發(fā)生起始于云中的閃電而不是自持型上行負(fù)地閃，該始發(fā)閾值與主正電荷區(qū)結(jié)構(gòu)以及地面建筑高度都存在相關(guān)性。

本文在偶極性電荷結(jié)構(gòu)下，結(jié)合已有的上行閃電放電參數(shù)化方案，探討了有利于上行負(fù)地閃始發(fā)的云內(nèi)電荷結(jié)構(gòu)，得到了一些關(guān)于上行負(fù)地閃傳播特征與有利于上行負(fù)地閃發(fā)展的主負(fù)電荷區(qū)參數(shù)。本文重點(diǎn)在于離地最近的電荷區(qū)對(duì)上行負(fù)地閃始發(fā)的作用，在實(shí)際中主正電荷區(qū)也會(huì)對(duì)云中電場(chǎng)產(chǎn)生較大影響，繼而影響自持型上行負(fù)地閃的發(fā)生。除了電荷分布的影響之外，建筑高度、建筑尖端的電暈電荷、風(fēng)速、溫度等對(duì)自持型上行負(fù)地閃的始發(fā)均有一定影響。如何結(jié)合TOLOG觀測(cè)分析資料，建立更加真實(shí)且有效的參數(shù)化方案以及考慮更多因素對(duì)上行負(fù)地閃的始發(fā)作用，這將是今后工作重點(diǎn)。