مدل‌سازی انتقال بار الکتریکی درون اَبر (آذرخش) و پیاده‌سازی آن در یک مدل پیش‌یابی یک‌بُعدی ابر قائم

یکی از پدیده‌‌های جوّی آذرخش است. برخورد گویچه‌‌های برف با ذرات یخ (یا برف) در جریان‌های بالاروی قائم و در حضور آب مایع ابراشباع، موجب تفکیک بارهای الکتریکی در ابرها و ایجاد آذرخش می‌‌شود. علی‌رغم اینکه آذرخش از مشخصه‌‌های سامانه‌‌‌‌های شدید آب ‌و‌ هوایی به شمار می‌‌رود، اما امکان پیش‌بینی پتانسیل وقوع آن در پیش‌بینی‌‌های کوتاه‌مدت تا حد کمی برآورده شده است. لذا هدف اصلی در این تحقیق، بررسی تفکیک بار درون ابر (در مقیاس خُردفیزیک) و پیاده‌سازی آن در قالب یک مدل یک‌بُعدی ابر به‌‌منظور مشخص کردن چگالی بار در یک توفان تندری است. در‌نهایت با استفاده از مقایسه بین شدت میدان الکتریکی (ناشی از بارهای ایجاد شده در داخل ابر) و میدان بار الکتریکی آستانه، زمان شکل‌گیری آذرخش برای یک مورد تحقیقاتی برآورد می‌‌شود. در این پژوهش میانگین بار انتقالی حاصل از برخورد گویچه برف و بلور یخ با کاربست روابط پارامتری سندرز و همکاران (1991) و با استفاده از یک گمانه‌زنی ایده‌آل شبیه‌سازی شد. این شبیه‌سازی به‌‌مدت 70 دقیقه با گام زمانی 1 ثانیه و قدرت تفکیک مکانی 250 متر در راستای قائم تا ارتفاع 15 کیلومتری صورت گرفت. برای بررسی رخداد آذرخش پارامترهای سرعت قائم نسبی گویچه‌‌های برف نسبت به هوای درون ابر، نسبت‌‌های اختلاط گویچه برف و یخ، میدان الکتریکی حاصل از برخورد گویچه برف و بلور یخ و میانگین بار انتقالی در این برخورد محاسبه شد. تحلیل نتایج نشان داد که در این مورد تحقیقاتی رخداد‌‌های آذرخش در بین زمان‌‌های 35 تا 50 دقیقه بعد از زمان آغازگری رخ داده است. نکته قابل‌‌توجه حضور هم‌زمان گویچه‌‌های برف و بلور یخ در درون ابر در آغازگری میدان الکتریکی است. با برقراری این شرط و ایجاد برخورد بین این ذرات میدان الکتریکی درون ابر به‌وجود می‌‌آید. به محض اینکه شدت میدان الکتریکی (مثبت یا منفی) از حد آستانه تعریف شده مارشال و همکاران (1995) بیشتر شود، آذرخش اتفاق می‌‌افتد. با گذشت زمان و کاهش نسبت‌‌های اختلاط گویچه‌‌های برف و بلورهای یخ میدان الکتریکی درون ابر در ارتفاع‌‌های بالا تضعیف شده و میدان الکتریکی در ارتفاع‌‌های پایین‌‌تر (به‌‌واسطه ریزش ذرات بارشی) تشکیل می‌‌شود. شکل‌گیری میدان منفی با توجه به علامت منفی بار الکتریکی انتقال‌یافته در برخورد قابل‌‌توجیه است.