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(lái)說(shuō)，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(lái)，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(lái)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(guò)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(dòng)。
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(dòng)的空氣幫助云上升得足夠高時(shí)，云層的頂端就會(huì)凍結(jié)成顆粒狀的冰晶。當(dāng)這些氣溶膠顆粒物開(kāi)始相互碰撞時(shí)，它們會(huì)傳遞電荷。通常來(lái)說(shuō)，較大的冰晶會(huì)帶負(fù)電，而較小的冰晶會(huì)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(huì)因?yàn)橹亓π?yīng)而往下沉。隨著時(shí)間的推移，這種分離會(huì)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(shí)，閃電就發(fā)生了。
地面上的雷暴活動(dòng)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(lái)很好地加以解釋?zhuān)瑓s無(wú)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(guān)測(cè)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(cè)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(guò)對(duì)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(cè)量，研究人員觀(guān)察了有著這些顆粒的不同組合的云會(huì)如何隨時(shí)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(wú)論是在海洋上空還是陸地上空，添加細(xì)的顆粒物都會(huì)顯著增加閃電的密度；而如果添加粗的顆粒，則會(huì)削弱云內(nèi)的對(duì)流并減少閃電。
當(dāng)海水蒸發(fā)時(shí)，水中會(huì)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(shí)，它們形成的液滴往往比在陸地形成的液滴更大更重。這會(huì)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(lái)，便大大減少了閃電發(fā)生的數(shù)量。研究人員發(fā)現(xiàn)，添加粗的海鹽顆粒可以減少90%的閃電。
改善天氣預(yù)測(cè)模型
其實(shí)，以前就有人提出過(guò)這種在海上抑制閃電的機(jī)制，但一直以來(lái)都缺乏全球天氣觀(guān)測(cè)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(duì)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(gè)合理的解釋?zhuān)乙灿兄谖覀兏玫乩斫膺@種現(xiàn)象對(duì)氣候的影響。
當(dāng)氣候科學(xué)家試圖預(yù)測(cè)降雨的時(shí)間和地點(diǎn)時(shí)，空氣中的顆粒物所造成的影響常常會(huì)被忽略。但是，如果不把這些因素考量進(jìn)天氣預(yù)測(cè)模型，就難以進(jìn)行正確的降水預(yù)測(cè)。新的發(fā)現(xiàn)或?qū)⒂兄谔岣邭夂蚰Ｐ秃蜌庀髨?bào)告的準(zhǔn)確性，也可能會(huì)帶來(lái)一些在云中撒鹽以降低雷暴嚴(yán)重程度的嘗試。
參考來(lái)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(lái)源：AStoKo / Pixabay
