2021年11月03日
日前，通過對(duì)百余次雷暴前的PM2.5濃度與閃電活動(dòng)觀測對(duì)比，以及氣溶膠通過云微物理過程影響閃電活動(dòng)的數(shù)值模擬研究，中國科學(xué)院大氣物理研究所郄秀書團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，氣溶膠濃度增加或?qū)е氯A北雷暴云起電增強(qiáng)、閃電活動(dòng)增多。
雷暴云起電和閃電作為一種強(qiáng)烈的天氣現(xiàn)象，嚴(yán)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(dòng)。隨著城市化進(jìn)程加快，大城市群區(qū)域污染嚴(yán)重，氣溶膠濃度變化會(huì)使閃電活動(dòng)越來越多嗎？這個(gè)問題引起學(xué)界關(guān)注。
郄秀書團(tuán)隊(duì)利用自主研發(fā)的北京閃電定位網(wǎng)，對(duì)百余次雷暴前的PM2.5濃度與閃電活動(dòng)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)當(dāng)PM2.5濃度低于一定閾值時(shí)，閃電活動(dòng)與PM2.5濃度存在正相關(guān)，此時(shí)氣溶膠主要通過云微物理過程增強(qiáng)閃電活動(dòng)。
據(jù)團(tuán)隊(duì)成員孫萌宇博士介紹，氣溶膠影響機(jī)制很復(fù)雜，其可以充當(dāng)云凝結(jié)核參與并改變雷暴云內(nèi)微物理過程，增強(qiáng)云內(nèi)降水粒子的起電機(jī)制，影響云內(nèi)電荷分布和結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致閃電增多；而當(dāng)其濃度顯著增加并高于一定閾值時(shí)，輻射效應(yīng)明顯，使大氣不穩(wěn)定度降低，對(duì)流活動(dòng)減弱，閃電減少。
針對(duì)氣溶膠影響云凝結(jié)核濃度導(dǎo)致閃電增多的現(xiàn)象，已有學(xué)者借助數(shù)值模式對(duì)其成因展開探討，但同時(shí)考慮起電、放電過程的研究尚少，而不同云凝結(jié)核濃度對(duì)云微物理過程的影響機(jī)制仍存在較大爭議。
為此，研究團(tuán)隊(duì)同時(shí)耦合了美國國家強(qiáng)風(fēng)暴實(shí)驗(yàn)室（NSSL）雙參數(shù)微物理方案、詳細(xì)起電以及整體放電方案的WRF-ELEC模式，對(duì)多單體雷暴過程進(jìn)行模擬研究，提出氣溶膠濃度增加導(dǎo)致閃電增多的一種微物理機(jī)制。結(jié)果表明，在污染情形下，云凝結(jié)核濃度增加，導(dǎo)致云滴數(shù)目和潛熱釋放增加，上升氣流增強(qiáng)，從而產(chǎn)生更多的冰晶粒子，導(dǎo)致起電過程增強(qiáng)。同時(shí)，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(jìn)一步增強(qiáng)云內(nèi)起電，閃電活動(dòng)顯著增多。
研究團(tuán)隊(duì)提出的上述氣溶膠濃度增加導(dǎo)致起電增強(qiáng)、閃電增多的微物理機(jī)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(qiáng)雷暴和閃電活動(dòng)明顯減少的現(xiàn)象。該研究成果發(fā)表在《地球物理學(xué)報(bào)》和《Atmospheric Chemistry and Physics》（《大氣化學(xué)與物理》）。
