全球变暖将致美国本土闪电发生次数增加50%

凤凰科技讯 据科学日报报道，由于气候变化导致全球温度上升，最新的气候模型预测本世纪美国本土发生闪电的次数将增加50%。在这项发表在11月14日的期刊《科学》上的研究里，美国加州大学伯克利分校地球与行星科学教授、劳伦斯·伯克利国家实验室的科学家大卫·伦普斯(DavidRomps)和他的同事调查了11个不同气候模型对降雨量以及云浮力的预测，并总结称这两个指标的结合效应将产生更频繁的放电。

全球变暖导致闪电发生次数增加50%

“随着气候变暖，雷暴将变得更具有爆炸性，”伦普斯说道。“这与水蒸气密切相关，它是大气层里爆炸性深对流的燃料。变暖导致大气层里存在更多水蒸气，设想一下如果附近有很多燃料，一旦点燃就会发生巨大爆炸。”

更多的闪电意味着更多的人身伤害。每年被闪电击中的人数从几百人至一千人不等，其中有一些人甚至直接死亡。但是发生闪电频率增加的另一个严重影响便是导致更多野火，因为超过半数的野火——也往往是那些最难扑灭的——都是由闪电点燃的，伦普斯解释道。更多的闪电很可能导致大气层里存在更多氮氧化物，后者对大气化学会产生的强烈影响。

虽然某些研究显示温度的季节性或者全年变化与闪电的变化密切相关，但尚未存在可靠的分析暗示未来可能发生的情景。伦普斯和他的研究生雅各布·希利（JacobSeeley）提出假设认为，结合两个大气特性——降雨量和云浮力——将可以预测闪电的发生。随后他们调查了2011年的观测以查明两者之间是否存在相关性。

“闪电是由云层内电荷分离所导致的，为了极大化电荷分离，更多水蒸汽以及更重的冰粒子需要上升至大气层里。”伦普斯说道。“我们已经知道气流上升得越快，发生的闪电越多；降雨量越多，产生的闪电也越多。”

降雨量——也即以雨、雪、冰雹和其它形式的水落入地面的总量——本质上来说是对大气层对流性的测量，而大气对流会产生闪电。这些对流云层的上升速度是由一个名为对流有效位能（CAPE）的因素所决定的。CAPE是由名为无线电探空仪的气球运载的设备测量的，它每天被释放至美国上空两次。

“CAPE是对大气层潜在爆炸性的测量，也即大气对流，或者说让空气穿透上覆的空气至自由的对流层所需要的空气浮力是多少。”伦普斯说道，“我们提出假设认为降雨量和CAPE将可以预测闪电。”

利用美国气象局的降雨数据、CAPE的无线电探空仪测量以及位于纽约州立大学奥尔巴尼分校的美国国家闪电监测网(NationalLightningDetectionNetwork，简称NLDN)，科学家们总结称通过这两个参数可以预测闪电77%的变量。

“我们为这两个因素竟然可以如此精确的预测闪电而感到震惊，”伦普斯表示。随后研究人员调查了11个预测本世纪降雨量和CAPE的不同气候模型，这些数据都被存储在最新的耦合模型比较分析项目（CMIP5）里。CMIP作为气候建模者的资源库，提供了研究耦合大气-海洋一般循环模型产出的标准协议，这使得不同的模型可以进行相互比较和证实。

“利用CMIP5，我们现在首次利用CAPE和降雨量数据计算这些时间序列。”伦普斯解释道。平均来说，这些模型预测了截止21世纪末，全球平均气温上升一度会导致美国境内CAPE增加11%。由于这些模型在这段时间范围内预测了较少的平均降雨量增加，CAPE和降雨量的数据总共大约预测了全球平均温度上升一度会导致美国本土发生的云地闪电增加12%，或者截止2100年地球温度增加了4摄氏度，美国本土发生云地闪电的数量将增加50%。这一预测假设了二氧化碳释放量将与过去保持一致持续上升。

至于气候变暖为什么会导致CAPE增加目前仍是科学家们感兴趣的研究方向，尽管很明显它与水的基本物理学特性有关。暖空气一般比冷空气包含更多水蒸气，事实上，空气能够“包含”的水蒸气总量会随着温度的上升指数增长。由于水蒸气是雷暴的燃料，因此发生闪电的速率高度依赖于温度。

伦普斯计划在未来调查美国境内闪电增加的分布情况，同时探索闪电数据能够为气候学家提供有关大气对流的什么具体信息。这项研究的其它合作作者还包括纽约州立大学奥尔巴尼分校大气和环境科学学院的大卫·沃拉罗（DavidVollaro）和约翰·莫利纳里（JohnMolinari）。这项研究得到了美国能源部先进科学计算研究室、生物与环境研究室和美国国家科学基金会的支持。