往云里加盐,能阻止闪电?

原理 2022-08-06 20:30



    闪电数量之谜    


地球上的大部分雨水,都降落在了海洋上。但或许你有所不知的是,以相同的降雨量来说,发生在热带海洋上空的闪电数量,要远远少于发生在陆地上的。几十年来,科学家都不确定闪电在陆地和海洋上分布不均的原因。


最近,来自武汉大学的一组研究人员和他们的合作者,想要研究发生在陆地上的风暴和发生在海洋上的风暴在大气条件上的差异。通过分析热带陆地和海洋在5年期间的大气数据,他们得出结论认为:是海洋飞沫中的盐,阻碍了云层的充电,减少了雷暴期间发生在海洋上空的闪电活动


研究人员已经将这一发现发表在了近期的《自然·通讯》杂志上。



  陆地上的闪电  


在陆地上,当云层中向上移动的空气帮助云上升得足够高时,云层的顶端就会冻结成状的冰晶。当这些气溶胶颗粒物开始相互碰撞时,它们会传递电荷。通常来说,较大的冰晶会带负电,而较小的冰晶会带正电


带正电的微小冰晶非常轻,上升的气流可以将它们带到云的顶部;而较大的冰晶则较重,它们会因为重力效应而往下沉。随着时间的推移,这种分离会使得云层的顶部带正电,底部带负电。当这种电荷差足够大时,闪电就发生了。


地面上的雷暴活动可以由这些已知的热力学效应,以及气溶胶-云-降水之间的相互作用来很好地加以解释,却无法解释海洋上的情况。



  粗的海盐颗粒  


在新研究中,研究人员分析了在2013-2017年间,于非洲和邻近海洋(西经50°至东经50°,和南纬20°至北纬20°之间)上观测到的云顶温度、降雨、闪电等数据,发现了在这种差异上可能起到了重要作用的因素。


在2013-2017年间所检测到的闪电密度数据,图中由灰色方框圈定的范围(50°W-50°E,20°S-20°N),是研究人员感兴趣的区域。(图/Z. Pan et. al / Nature)


通过对云层、雷和大气中污染物、灰尘和盐等颗粒的预期分布进行全球测量,研究人员观察了有着这些颗粒的不同组合的云会如何随时间的推移而演变。他们发现,粗的颗粒物(半径>1μm)和细的颗粒物(半径<1μm)有着明显不同的效应:无论是在海洋上空还是陆地上空,添加细的颗粒物都会显著增加闪的密度;而如果添加粗的颗粒,则会削弱云内的对流并减少闪电。


当海水蒸发时,水中会承载大量的。当这些吸水性良好的粗盐颗粒存在于海洋飞沫中时,它们形成的液滴往往比在陆地形成的液滴更大更重。这会导致云中的水在上升到足够高的高度以形成冰晶之前,就以雨水的形式落下了。如此一来,便大大减少了闪电发生的数量。研究人员发现,添加粗的海盐颗粒可以减少90%的闪电。



  改善天气预测模型 


其实,以前就有人提出过这种在海上抑制闪电的机制,但一直以来都缺乏全球天气观测到相关的证据。新的研究结果清晰地显示了海洋飞沫中的颗粒对闪电的影响。这不仅帮助我们热带海洋上空的闪电数量为何比陆地上空的闪电数量少提出了一个合理的解释,而且也有助于我们更好地理解这种现象对气候的影响。


当气候科学家试图预测降雨的时间和地点时,空气中的颗粒物所造成的影响常常会被忽略。但是,如果不把这些因素考量进天气预测模型,就难以进行正确的降水预测。新的发现或将有助于提高气候模型和气象报告的准确性,也可能会带来一些在云中撒盐以降低雷暴严重程度的尝试。


#创作团队:

撰文:小雨

排版:雯雯

#参考来源:

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

#图片来源:

封面图&首图:AStoKo / Pixabay

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