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大气模型错了:闪电风暴竟然是最大的空气净化

2021-05-24

  2012年,一架追逐风暴的探测飞机收集到大量实时的气象数据。不久前,对历史数据————之前,曾认为测量仪器存在故障,所以数据失真——的全新分析后发现,闪电可能是重要性超出我们想象的大气净化器。

  尽管我们已经理解闪电具有净化空气的功效,特别是产生一氧化二氮和氢氧化物,可以从带走各种温室气体,但根据新的研究,闪电的作用远不止如此。

  看来,闪电和它们周围较弱的、看不见的电荷都能产生捕捉污染物的氧化剂羟基(OH)和氢过氧化物(HO2),它们也能从大气中清除甲烷和一氧化碳等气体。

  最初,我们看着在云层中发现的巨量OH和HO2信号,忍不住相互问道,我们的仪器出了什么问题?来自宾夕法尼亚州立大学的气象学家威廉·布鲁内说。

  我们假设仪器中存在噪音,所以我们从数据集中删除了信号,并将数据搁置起来供以后研究。

  2012年,隶属美国宇航局的探空气象飞机在科罗拉多州和俄克拉荷马州上空飞过,测量风暴云的“砧板”部分。重新分析外加上地面数据,表明闪电确实在产生高水平的氧化剂。

  一系列的实验室模拟也支持了这一观点:可见的闪电和空气中看不见的电荷都能产生极大量的羟基和氢过氧自由基。然而,在空气中,科学家几乎没有检测到我们在天空中实际看到的那种闪电所产生的额外的一氧化氮和臭氧,而且实验室的结果对这些分子也是不确定的。

  目前,由闪电产生的羟基和氢过氧化物并没有被容纳在大气模型中,这种遗漏可能是很严重。

  布鲁尼说:历史上,人们对闪电感兴趣只是因为它们能在地面上搞出点什么。现在,人们对雷暴导致高空弱放电现象越来越感兴趣。”

  研究人员承认,数据有很多不确定性——主要是因为它们来自局部地区的有限时间范围内——但他们估计,全球大气氧化的2-16%可能是由雷暴引起的。

  随着地球变暖,雷暴和雷击可能会变得更加普遍,这反过来会影响空气中温室气体的平衡。

  现在我们对眼前发生的事情有了更多的了解,下一阶段将是在俄克拉荷马州和科罗拉多州以外的地方进行勘测。

  大多数雷暴发生在热带地区,高平原风暴的整个结构与热带地区的风暴是不同的。显然,我们需要更多的飞机测量来减少这种不确定性。

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