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气候变暖下热带和亚热带地区雷暴将变得更加剧烈

  • 发布日期:2018-01-08
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  •     澳大利亚莫纳什大学和美国哈佛大学领衔的科学家在《美国国家科学院院刊》(PNAS)上发表研究称,随着气候日益变暖,本世纪在整个热带和亚热带地区雷暴将变得更加剧烈。

        雷暴是一种产生闪电及雷声的自然天气现象,通常伴随着暴雨或冰雹,对人类和生态系统具有重要影响。例如,在全球尺度上雷暴产生的闪电是森林大火发生的重要触发器,1999年4月侵袭悉尼的雹暴至今仍然是对澳大利亚造成经济损失最大的自然灾害。

        雷暴也是大气中储存能量急剧释放的过程,度量大气中储存能量多少的一个参数叫对流有效位能(CAPE)。CAPE越高,供给云层中上升气流的能量就越多。在上升气流的快速运动作用下,雷暴中上层寒冷区域中的冰粒在整个风暴发生过程中也快速上升下降,这有助于将云层中带正电荷和负电荷的粒子分离开来,最终产生闪电。

        强雷暴一般会带来强风和冰雹,其发生还需要另一个条件,即“垂直风切变”。垂直风切变是风速和风向在垂直于地表方向上的变化,有助于雷暴中的上升气流和下沉气流实现物理隔离,从而阻止下沉气流切断雷暴的能量来源,延长雷暴的持续时间。

        通过评估气候变化对这些环境特性的影响,研究者可以分析出其对强雷暴可能产生的影响。研究者在12个全球气候模式中对热带和亚热带地区雷暴可获取的能量变化进行了分析。结果表明,在全球变暖的背景下,每一个气候模式中出现高CAPE值的天数均在增加,并且CAPE值增大,对于热带和亚热带几乎所有区域而言情况均是如此。

        随着气候变暖,云层形成所需的水汽含量增加,这就是著名的热力学关系——克劳修斯-克拉珀龙方程(Clausius-Clapeyron relation)推出的结果。在气候变暖的条件下,这就意味着云层及其周边环境的湿度差异变得更大。因此在积聚能量的过程中混合机制变得更加有效,从而导致模拟过程中CAPE值升高。

        模拟结果表明,除非大幅削减温室气体排放量,否则有利于强雷暴生成的天气气候条件将明显增多。之前的一些研究也表明,澳大利亚东部和美国地区的强雷暴天气将变得更加频发。研究者在一个全球气候模式中通过人为地增加云层及其周围环境之间的相互作用强度来进行测试,结果显示,模式中雷暴可获取的能量将大幅增加。因此,可以预测的是,随着全球变暖,雷暴将变得更加剧烈。(来源:中国海洋与气候变化信息网)

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