人为污染也会让暴风雨更猛烈？原因在于气溶胶

气溶胶是悬浮在空气中的微粒集合，人类活动（如燃烧生物质）和自然现象（如火山爆发、海浪和沙尘暴）都会产生气溶胶。

科学家们发现，当存在高浓度气溶胶时，雷暴往往更强烈——比如，有航海队伍经过的航线附近闪电也会更频繁。但其中缘由仍不清晰。

近日，来自美国麻省理工学院的科学家们在《科学》杂志上发表论文称，通过云动力学模拟，他们发现, 高浓度气溶胶会使得云周围空气的湿度上升，从而增强雷暴活动。这种机制被命名为“湿度夹带”机制，将来可以融入天气和气候模型，帮助预测地区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的助理教授Tim Cronin说：“或许我们可以通过清理污染物降低某些地区风暴发生的机率。人类活动会在气候中留下足迹，这是我们首次真正意识到这一点。”

在大气中，气溶胶是云团形成的种子。周围的水蒸气会附着在气溶胶表面，凝结成水滴，再凝结成云。云中的水滴会碰撞合并成更大的水滴，最终形成雨。但当气溶胶高度集中时，许多微小的颗粒就会形成同样微小的云滴，反而不易融合到一起。

为明确充满气溶胶的云层究竟如何产生雷暴，Cronin和论文合著者、麻省理工学院地球、大气和行星科学系研究生Tristan Abbottt决定通过高分辨率的云层模拟测试进行验证。他们使用理想化模型模拟云层的动态变化（相当于128公里宽的热带海洋上方地球大气区域）。模型盒被划分成多个网格，当调整特定条件时，就能观察到单个网格单元中的参数（相对湿度等）如何变化。

“模拟试验证明，之前提出的机制并不是产生对流变化的原因，一定有其他机制在起作用。”Abbott说。

先前的研究表明，云的温度和周围空气的湿度之间存在一定关联：当云上升时，会与周围的新鲜空气混合，蒸发掉其中的一些水分，使云本身变冷。如果周围的空气干燥，就会从云中吸收更多水分，降低其内部温度，这样，充满冷空气的云的上升速度就会变慢。如果周围的空气相对潮湿，云层在蒸发过程中就会变暖，上升速度会加快，产生上升气流，进而自转形成雷暴。

那这种机制能否在气溶胶对雷暴的影响中起作用呢？如果云中含有许多能抑制降雨的气溶胶粒子，那么它可能会将更多的水分蒸发到周围环境中。这会增加周围空气的湿度，为雷暴形成提供更有利的环境。这一连串的事件或许可以解释气溶胶与雷暴活动之间的联系。

研究人员用同样的云动力学模型验证了这一想法，这次，他们在模型中增加气溶胶浓度时，主要关注了云内和周围每个网格单元的温度和相对湿度。结果表明，低空云层中气溶胶浓度越高，降雨可能性越小。相反，云中的水分会向周围蒸发，形成潮湿的空气层，使空气更容易迅速上升，进而形成强大的、酝酿风暴的上升气流。

“当大气中较低位置的潮湿层形成之后，它就相当于一个充满温热、潮湿空气的气泡，成为孕育雷暴的种子。这个气泡很容易上升到10~15公里的高度，形成雷暴。”Abbott说，“我们提出的‘湿度夹带’机制可以解释气溶胶是如何推动雷暴形成的，特别是在空气相对潮湿的热带地区。将来我们可以根据气溶胶浓度预测一个地区雷暴活动的变化。” 

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编译：花花 

审稿：西莫 

责编：陈之涵 

期刊来源：《科学》 

期刊编号：0036-8075

原文链接：

https://news.mit.edu/2020/aerosols-pollution-storms-fires-intensify-1231

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