麻省理工学院朱棣文教授 低气溶胶浓度区一天云形成的模拟
彩色表面代表表面的空气温度
许多云(灰色)有10到15公里高，达到或超过大多数飞机的巡航高度
这些模拟的云在大小上类似于现实世界热带地区产生雷暴的云
学分:麻省理工学院 对地球大气层的观察表明，在高浓度气溶胶存在的情况下，雷暴通常会更强。高浓度气溶胶是指用肉眼无法看到的微小悬浮颗粒
例如，与周围的海洋相比，在货船向空气中排放微粒的航线上，闪电更加频繁
热带地区最强烈的雷暴在陆地上酝酿，那里的气溶胶被自然资源和人类活动抬高了
虽然科学家们几十年来一直观察到气溶胶和雷暴之间的联系，但这种联系的原因还没有被很好地理解
现在，麻省理工学院的科学家发现了一种新的机制，通过这种机制，气溶胶可以增强热带地区的雷暴
使用理想化的云动力学模拟，研究人员发现高浓度的气溶胶可以通过增加云周围空气的湿度来增强雷暴活动
研究小组将气溶胶和云之间的这种新机制称为“湿度夹带”机制，可以纳入天气和气候模型，以帮助预测一个地区的雷暴活动如何随着气溶胶水平的变化而变化
麻省理工学院大气科学助理教授蒂姆·克罗宁说:“通过清除污染，一些地方可能会经历较少的风暴。”
“总的来说，这提供了一种方式，让人类可以在气候上留下足迹，而我们过去并没有真正意识到这一点
" 克罗宁和他的合著者特里斯坦·艾伯特是麻省理工学院地球、大气和行星科学系的研究生，他们今天在《科学》杂志上发表了他们的结果
盒子里的云 气溶胶是悬浮在空气中的任何微粒的集合
气溶胶是由人为过程产生的，如生物物质的燃烧、船舶、工厂和汽车排气管的燃烧，以及火山爆发、海浪和沙尘暴等自然现象
在大气中，气溶胶可以作为云形成的种子
悬浮颗粒充当空气表面，周围的水蒸气可以在其上凝结形成单独的水滴，这些水滴像云一样悬挂在一起
云内的水滴会碰撞并融合形成更大的水滴，最终以雨的形式落下
但是当气溶胶高度浓缩时，许多微小颗粒形成同样微小的云滴，不容易融合
尽管科学家们提出了几种可能性，克罗宁和阿博特决定在云层的高分辨率模拟中进行测试，但这些充满气溶胶的云层究竟是如何产生雷暴的仍是一个悬而未决的问题
在他们的模拟中，他们使用了一个理想化的模型，该模型模拟了代表128公里宽的热带海洋中地球大气的体积中的云的动力学
盒子被分成一个网格，科学家可以观察到像相对湿度这样的参数在调整模型中的某些条件时是如何变化的
在他们的案例中，研究小组对云进行了模拟，并通过增加云中水滴的浓度来表示气溶胶浓度增加的影响
然后，他们抑制了被认为驱动两个先前提出的机制的过程，以观察当雷暴出现气溶胶浓度时，它们是否仍然增加
低气溶胶浓度区一天云形成的模拟
彩色表面代表表面的空气温度
许多云(灰色)有10到15公里高，达到或超过大多数飞机的巡航高度
这些模拟的云在大小上类似于现实世界热带地区产生雷暴的云
学分:麻省理工学院 当这些过程被关闭时，模拟仍然产生了更强的雷暴和更高的气溶胶浓度
“这告诉我们，这两个先前提出的想法并没有在我们的模拟中产生对流的变化，”艾伯特说
换句话说，一定有其他机制在起作用
驱动风暴 该小组仔细研究了有关云动力学的文献，发现了以前的工作，指出了云的温度和周围空气的湿度之间的关系
这些研究表明，当云升起时，它们会与周围的清洁空气混合，蒸发掉一些水分，从而冷却云本身
如果周围的空气干燥，它可以吸收更多的云的水分，降低其内部温度，这样，充满冷空气的云在大气中上升的速度就更慢
另一方面，如果周围的空气相对潮湿，云蒸发时会变暖，上升得更快，产生上升气流，可能会形成雷暴
克罗宁和艾伯特想知道这种机制是否在气溶胶对雷暴的影响中起作用
如果云包含许多抑制降雨的气溶胶粒子，它可能会向周围蒸发更多的水
反过来，这会增加周围空气的湿度，为雷暴的形成提供更有利的环境
因此，这一系列事件可以解释气溶胶与雷暴活动的联系
他们用同样的云动力学模拟来验证他们的想法，这次记录了云内部和周围每个网格单元的温度和相对湿度，因为他们在模拟中增加了气溶胶浓度
他们设定的浓度范围从类似于海洋偏远地区的低气溶胶条件到类似城市地区相对污染空气的高气溶胶环境
他们发现，气溶胶浓度高的低洼云层不太可能下雨
相反，这些云将水蒸发到它们的周围，形成一层潮湿的空气，使空气更容易作为强烈的、酝酿风暴的上升气流快速上升穿过大气层
“当你在大气中建立了相对较低的湿润层后，你就有了一个温暖湿润的空气泡，它可以作为雷暴的种子，”艾伯特说
“气泡上升到10到15公里的高度会比较容易，这是云层形成雷暴所需的深度
" 这种“湿度夹带”机制，即充满气溶胶的云与周围空气混合并改变其湿度，似乎至少是气溶胶如何驱动雷暴形成的一种解释，特别是在热带地区，那里的空气通常相对潮湿
“我们已经提供了一个新的机制，它应该给你一个理由来预测在世界上有大量气溶胶的地方会有更强的雷暴，”艾伯特说
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