閃電數(shù)量之謎

地球上的大部分雨水，都降落在了海洋上。但或許你有所不知的是，以相同的降雨量來說，發(fā)生在熱帶海洋上空的閃電數(shù)量，要遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于發(fā)生在陸地上的。幾十年來，科學(xué)家都不確定閃電在陸地和海洋上分布不均的原因。

最近，來自武漢大學(xué)的一組研究人員和他們的合作者，想要研究發(fā)生在陸地上的風(fēng)暴和發(fā)生在海洋上的風(fēng)暴在大氣條件上的差異。通過分析熱帶陸地和海洋在5年期間的大氣數(shù)據(jù)，他們得出結(jié)論認(rèn)為：是海洋飛沫中的鹽，阻礙了云層的充電，減少了雷暴期間發(fā)生在海洋上空的閃電活動。

研究人員已經(jīng)將這一發(fā)現(xiàn)發(fā)表在了近期的《自然·通訊》雜志上。

陸地上的閃電

在陸地上，當(dāng)云層中向上移動的空氣幫助云上升得足夠高時，云層的頂端就會凍結(jié)成顆粒狀的冰晶。當(dāng)這些氣溶膠顆粒物開始相互碰撞時，它們會傳遞電荷。通常來說，較大的冰晶會帶負(fù)電，而較小的冰晶會帶正電。

帶正電的微小冰晶非常輕，上升的氣流可以將它們帶到云的頂部；而較大的冰晶則較重，它們會因?yàn)橹亓π?yīng)而往下沉。隨著時間的推移，這種分離會使得云層的頂部帶正電，底部帶負(fù)電。當(dāng)這種電荷差足夠大時，閃電就發(fā)生了。

地面上的雷暴活動可以由這些已知的熱力學(xué)效應(yīng)，以及氣溶膠-云-降水之間的相互作用來很好地加以解釋，卻無法解釋海洋上的情況。

粗的海鹽顆粒

在新研究中，研究人員分析了在2013-2017年間，于非洲和鄰近海洋（西經(jīng)50 至東經(jīng)50 ，和南緯20 至北緯20 之間）上觀測到的云頂溫度、降雨、閃電等數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)了在這種差異上可能起到了重要作用的因素。

在2013-2017年間所檢測到的閃電密度數(shù)據(jù)，圖中由灰色方框圈定的范圍（50 W-50 E，20 S-20 N），是研究人員感興趣的區(qū)域。（圖／Z. Pan et. al / Nature）

通過對云層、雷擊和大氣中污染物、灰塵和鹽等顆粒的預(yù)期分布進(jìn)行全球測量，研究人員觀察了有著這些顆粒的不同組合的云會如何隨時間的推移而演變。他們發(fā)現(xiàn)，粗的顆粒物（半徑>1μm）和細(xì)的顆粒物（半徑<1μm）有著明顯不同的效應(yīng)：無論是在海洋上空還是陸地上空，添加細(xì)的顆粒物都會顯著增加閃電的密度；而如果添加粗的顆粒，則會削弱云內(nèi)的對流并減少閃電。

當(dāng)海水蒸發(fā)時，水中會承載大量的鹽。當(dāng)這些吸水性良好的粗鹽顆粒存在于海洋飛沫中時，它們形成的液滴往往比在陸地形成的液滴更大更重。這會導(dǎo)致云中的水在上升到足夠高的高度以形成冰晶之前，就以雨水的形式落下了。如此一來，便大大減少了閃電發(fā)生的數(shù)量。研究人員發(fā)現(xiàn)，添加粗的海鹽顆?？梢詼p少90%的閃電。

改善天氣預(yù)測模型

其實(shí)，以前就有人提出過這種在海上抑制閃電的機(jī)制，但一直以來都缺乏全球天氣觀測到相關(guān)的證據(jù)。新的研究結(jié)果清晰地顯示了海洋飛沫中的顆粒對閃電的影響。這不僅幫助我們?yōu)闊釒ШＱ笊峡盏拈W電數(shù)量為何比陸地上空的閃電數(shù)量少提出了一個合理的解釋，而且也有助于我們更好地理解這種現(xiàn)象對氣候的影響。

當(dāng)氣候科學(xué)家試圖預(yù)測降雨的時間和地點(diǎn)時，空氣中的顆粒物所造成的影響常常會被忽略。但是，如果不把這些因素考量進(jìn)天氣預(yù)測模型，就難以進(jìn)行正確的降水預(yù)測。新的發(fā)現(xiàn)或?qū)⒂兄谔岣邭夂蚰Ｐ秃蜌庀髨蟾娴臏?zhǔn)確性，也可能會帶來一些在云中撒鹽以降低雷暴嚴(yán)重程度的嘗試。

參考來源：

https://phys.org/news/2022-08-salt-sea-lightning-tropical-oceans.html

https://www.natureasia.com/en/research/highlight/14165

https://www.nature.com/articles/s41467-022-31714-5

封面圖&首圖來源：AStoKo / Pixabay