2021年11月03日
日前，通過對百余次雷暴前的PM2.5濃度與閃電活動觀測對比，以及氣溶膠通過云微物理過程影響閃電活動的數(shù)值模擬研究，中國科學院大氣物理研究所郄秀書團隊發(fā)現(xiàn)，氣溶膠濃度增加或?qū)е氯A北雷暴云起電增強、閃電活動增多。
雷暴云起電和閃電作為一種強烈的天氣現(xiàn)象，嚴重危害人類生產(chǎn)生活，給基礎(chǔ)設(shè)施、通信等帶來不利影響。研究顯示，氣溶膠通過影響云凝結(jié)核濃度，參與云微物理過程，影響云內(nèi)的起電和閃電活動。隨著城市化進程加快，大城市群區(qū)域污染嚴重，氣溶膠濃度變化會使閃電活動越來越多嗎？這個問題引起學界關(guān)注。
郄秀書團隊利用自主研發(fā)的北京閃電定位網(wǎng)，對百余次雷暴前的PM2.5濃度與閃電活動進行分析，發(fā)現(xiàn)當PM2.5濃度低于一定閾值時，閃電活動與PM2.5濃度存在正相關(guān)，此時氣溶膠主要通過云微物理過程增強閃電活動。
據(jù)團隊成員孫萌宇博士介紹，氣溶膠影響機制很復雜，其可以充當云凝結(jié)核參與并改變雷暴云內(nèi)微物理過程，增強云內(nèi)降水粒子的起電機制，影響云內(nèi)電荷分布和結(jié)構(gòu)，導致閃電增多；而當其濃度顯著增加并高于一定閾值時，輻射效應(yīng)明顯，使大氣不穩(wěn)定度降低，對流活動減弱，閃電減少。
針對氣溶膠影響云凝結(jié)核濃度導致閃電增多的現(xiàn)象，已有學者借助數(shù)值模式對其成因展開探討，但同時考慮起電、放電過程的研究尚少，而不同云凝結(jié)核濃度對云微物理過程的影響機制仍存在較大爭議。
為此，研究團隊同時耦合了美國國家強風暴實驗室（NSSL）雙參數(shù)微物理方案、詳細起電以及整體放電方案的WRF-ELEC模式，對多單體雷暴過程進行模擬研究，提出氣溶膠濃度增加導致閃電增多的一種微物理機制。結(jié)果表明，在污染情形下，云凝結(jié)核濃度增加，導致云滴數(shù)目和潛熱釋放增加，上升氣流增強，從而產(chǎn)生更多的冰晶粒子，導致起電過程增強。同時，云凝結(jié)核濃度增加還使得霰粒半徑增大，粒子間碰撞效率隨之增加，進一步增強云內(nèi)起電，閃電活動顯著增多。
研究團隊提出的上述氣溶膠濃度增加導致起電增強、閃電增多的微物理機制，在一定程度上解釋了近幾年京津冀地區(qū)污染防控力度加大、污染減輕，以及強雷暴和閃電活動明顯減少的現(xiàn)象。該研究成果發(fā)表在《地球物理學報》和《Atmospheric Chemistry and Physics》（《大氣化學與物理》）。
