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055201 (001) · · · · · · · 056101 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 056102 GdGd · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 056103 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 056104 (BEDT-TTF)[FeBr 4 ] · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 056105 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 056106 Ag 2 O · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 056801 Ge-Sb-Se · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 057101 InZnO · · · · · · · · · · · · · · · · · 057102 Cs/GaN(0001) · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 057201 In, AlZnO · · · · · · · · · · · 057202 3 MeVAlGaN/GaN · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 057301 -NO 2 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 057302 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 057303 - · · · · · · · · ·· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 057304 Si · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 057501 SrEu 1−x Sr x MnO 3 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 057502 BiFeO 3 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 057503 ZnMnO:N · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 057801 – · · · · · · · · · · · · · · · · · 057802 AlGaN/GaNp-i-n · · · · · · · · · · · · ·

057803 Fourier · · · · · 058101 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 058102 · · · · · · · · · · · · · · · 058401 boost · · · · · · · 058402 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 058403 · · · · · · · · · · · · · · ·· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 058501 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 058701 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 058801 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 059101 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 059201 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 059202 RAMS V6.0 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 054217 177.6 W · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·

Acta Phys. Sin. Vol. 61, No. 5 (2012) 059202 RAMS V6.0 * 1) 1) 1)† 2) 1) 1)1) ( , 100029 )2) ( , 100029 )( 2011 5 11 ; 2011 6 20 ). Takahashi (1978) Saunders (1991) RAMS(Version 6.0), - , . , Takahashi (1978) Saunders (1991) , Takahashi Saunders , Takahashi , Saunders . , , , .: , RAMS V6.0, , PACS: 92.60.Pw, 21.10.Ft1 . 20 70 , Takahashi [1] , [2,3] [4], . , , . , , [2] , [3] .. Helsdon Farley [5] , Ziegler [6] , [7] , , . Helsdon [8] (SEM) , . Rawlins [9], 10 × 10 −15 —65 × 10 −15 C. Mansell [10] SEM , , . [11] [12] - , , ., , - . RAMS * (: 40930949) (: 119100581F) .† E-mail: qiex@mail.iap.ac.cnc○ 2012 Chinese Physical Society http://wulixb.iphy.ac.cn059202-1

Acta Phys. Sin. Vol. 61, No. 5 (2012) 059202, , Altaratz [13] RAMSV4.3 Takahashi [2] Saunders [3] , RAMS V4.3-, , Takahashi , Saunders . [14] RAMS V4.3-. , RAMS V4.3 2000 , , RAMS V6.0 . RAMS V6.0, , [15] RAMS , RAMS V6.0 , RAMS V6.0 -. RAMS(Version 6.0)-, , , .2 RAMS V6.0-2.1 RAMS V6.0 RAMS 1986 3 (CSU /) , Reynolds . 1988 RAMS , , 2000 Version4.3 , Version4.4 Version5.0, 2006 RAMS V6.0 . Version6.0: F90 , Module, ; HDF5, ; FDDA , ; E-eps, E-l , Kain-Fritsch , Recycle , , , Urban canopy, LEAF3, NDVI , ( RAMSV6.0 ). RAMS V6.0 (), , [16] .2.2 ,. RAMS V6.0 , , . , , [17−21] , , Takahashi [2] ( TAK78) Saunders [3] ( S91) RAMSV6.0 ., dρ g= π ∫ ∫(D g + D i ) 2 |V g − V i |dt 4E gi n i (D i )n g (D g )δQdD i dD g , (1), ρ g , D g D i , V g V i , n(D) , E gi . δQ , . . 1 Takahashi [2] , , [2] 8 . , Takahashi [22] (), :α = 5( DiD 0) 2|Vg− V i |/V 0 (2) D i , V g V i , D 0 V 0 100 µm 8 m·s −1 . α 10. 2 Saunders [3] δQ = BD a i |V g − V i | b δq, (3)059202-2

Acta Phys. Sin. Vol. 61, No. 5 (2012) 059202 D i , V g V i , B, a, b ( [13] 1), δq ( [13] 2 1). 500 m −3 , . 1 h, 2 s.2.3 , , . Φ() Poisson :∇ 2 Φ = − ρ ε , (4) ρ , ε (8.859 ×10 −12 N −1·m−2·C2 ). E :E = −∇Φ. (5), . , , , . E init (z) = ±167ρ air (z), (6) ρ air (z) E init (z) Z (: g·m −3 ) ( kV·m −1 ) [23] .2.4 2010 6 16 18:40—22:40(, ) , , RAMS V6.0- . 00 20 () , 2010 6 16 20:00 ( http://weather.uwyo.edu/upperair/sounding.html),, 1200 m, 4 ◦ C. 200 m, 300 × 300, 30 ( 0—15 km), LEAF3, Chen , Mellor-Yamada , , 1 (a) ; (b) X-Z (:dBZ)3 3.1 1 X 30 min . 1(a) , 14 km , , , 10—40 km , , 60 dBZ. 1(b) , , , , 15—35 km , 55 dBZ, , .3.2 , , . 2 059202-3

Acta Phys. Sin. Vol. 61, No. 5 (2012) 059202 10 nC/m 3 . , , TAK78 4—9 km . 2(b) , S91 10—16 min , 17—25 min . TAK78 , 10 min , 10 −9 nC/m 3 ; , , 15 min , 16 min 10 −1 nC/m 3 , 17 min , 8 km; 20 min, 10 nC/m 3 ; 2223 min , 24 min , 25 min . S91 4—9 km . 3 X-Z . 3(a) , 27 min TAK78 (), −15 ◦ C , 0.88, −0.9, 1.0 nC/m 3 , . 3(b) , 25 min S91 (), −20 ◦ C , 1.8, −1.7, 0.7 nC/m 3 ( 3 km , )., . , , Stolzenburg [26] 50 , ; [27] , ; Krehbiel [28] , 5—6 km , . [4,29] . 3 (: nC/ m 3 ) Y = 25 km X-Z (a)TAK78 ; (b)S91, RAMS V6.0- TAK78 , S91 , . ,, , , TAK78 , S91 , . , ,. Mansell [30], S91 , ; Mansell [10] 059202-5

Acta Phys. Sin. Vol. 61, No. 5 (2012) 059202 SEM S91 , ; Williams [31] ( −10 ◦ C—25 ◦ C , ) ( 0 ◦ C). TAK78 S91 , . , 0.1—10 nC/m 3 . , Marshall [30] 0.2—13 nC/m 3 ,Stolzenburg [26] , 0.5—3 nC/m 3 . .3.3 , , . 4 30 min . , , 3 min () , 2 km ; , 4 km, 9 min 5 km , , , . 10 min 6 km , , 11 min 6 km , . , , ,, , , . 19 min 2.44 g/kg, , , 20 min , . 4(b) , 17 min , , , . , , , . 4 (a) , (b) (c) 059202-6

Acta Phys. Sin. Vol. 61, No. 5 (2012) 059202 5 TAK78 27 min (: nC/m 3 ) Y = 25 km X-Z (a) ; (b) ; (c) ; (d) ; (e) ; (f) 5 TAK78 X-Z ., 0 ◦ C . , , 0.6 nC/m 3 , , . 5—6 km, 3—4 km , 4 , 6 km , 6 km , 6 km , 5—6 km , 6 km , 9 km. , , 27 min 30 m/s , 10 km . , [13] . Takahashi [2] 1—2 g/m 3 , −10 ◦ C , , −10 ◦ C ,. , .Mansell [10] , ,, , , 059202-7

Acta Phys. Sin. Vol. 61, No. 5 (2012) 059202.4 TAK78 S91 RAMS V6.0, - , . ,, TAK78 S91 17 min 15 min, 10 −1 —10 nC/m 3 , . TAK78 , S91 , ., , , , , , . TAK78 S91 25 min 27 min , 27 min 25 min ,, TAK78 S91 ., RAMS V6.0-, ( [13,14] ), , . , ,1965 [33] , , , 40 . 2008 [27] GPS , , . , 30 [34] [35] , , ., () . , , , , , , . , ., . TAK78 [2], S91 [3] , ., TAK78 , S91 , , [ 8,10,12−14,23,30 ]. , , , . ,, . RAMSV4.3 [13,14] , ., RAMS , , . , , - , . , , , .059202-9

Acta Phys. Sin. Vol. 61, No. 5 (2012) 059202Evaluation of noninductive charging mechanisms andsimulation of charge characteristic structure in theearly thunderstorm based on RAMS V6.0 ∗Li Wan-Li 1) Liu Dong-Xia 1) Qie Xiu-Shu 1)† Fu Shen-Ming 2)Duan Shu 1) Chen Yi-Chen 1)1) ( Key Laboratory of Middle Atmosphere and Global Environment Observation, Institute of Atmospheric Physics, Chinese Academy of Sciences,Beijing 100029, China )2) ( International Climatic and Environment Sciences Center, Institute of Atmospheric Physics, Chinese Academy of Science, Beijing 100029, China )( Received 11 May 2011; revised manuscript received 20 June 2011 )AbstractA new regional thunderstorm model, coupled with two primary non-inductive electrification mechanisms, namely Takahashi(1978) and Saunders (1991) schemes, is developed based on the newest version of RAMS V6.0. Based on the simulation on a thunderstormin its early stage which occurred in Beijing, the results show that the total charge distribution is tripolar in both schemes when theelectric field reaches breakdown value. The results are in agreement with some observations and results of other model. However, theevolution processes and shapes of cloud charge distribution in the two schemes are different. The result of Takahashi’s (1978) schemeproduces a tripolar charge distribution in the cloud before the first lightning. The Saunders’ (1991) scheme produces a transform frominverted dipole distribution to tripolar charge distribution. This is because they used different experimental conditions: different factorslead to different results. The results from both schemes show that the positive charge carrier at a low level of thunderstorm is raindroplet, the aggregates and graupels are located in high level of thunderstorm, and the charge center distribution of graupels is similarto the distribution of total charge in thunderstorm cloud.Keywords: non-inductive charging mechanism, RAMS V6.0, tripolar charge structure, inverted dipole chargestructurePACS: 92.60.Pw, 21.10.Ft* Project supported by the Key Program of the National Natural Science Foundation of China(Grant No. 40930949), Postdoctor Science Foundationof China (Grant No. 119100581F), and Hundred Talent Foundation of Chinese Academt of Sciences, China.† E-mail: qiex@mail.iap.ac.cn059202-11