国际空间站第二个LIS帮助科学家获得地球闪电新地图

2022年01月13日 10:06 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

自人类诞生以来,闪电一直是人们好奇和敬畏的来源。尽管地球上的某个地方随时都有几十次闪光,但这些短暂的放电--通常持续不到30微秒--仍是异常具有挑战性的研究。然而,近几十年来,卫星已经为加深我们对闪电的了解做了很多工作。

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自20世纪90年代以来,太空中的传感器提供了高质量的闪电观测,这使得大气科学家有可能对闪电的全球分布进行量化和绘图。

2001年,利用商业OrbView-1卫星上的光学瞬变探测器(OTD)和NASA的TRMM卫星上的闪电图像传感器(LIS)提供的数据,首批全球闪电活动地图之一得以公布。20年后,安装在国际空间站(ISS)上的第二个LIS正在补充长期记录并制作了更新、更好的全球闪电活动地图。

上面的地图则借鉴了多个传感器的观测结果--ISS LIS、TRMM LIS和OTD。TRMM LIS在1997年至2015年期间收集了数据;OTD在1995年至2000年期间运行;而ISS LIS自2017年以来一直在飞行。来自洛斯阿拉莫斯国家实验室和阿拉巴马大学亨茨维尔分校的科学家们在2021年3月发布了一份更新的地图。来自NASA马歇尔太空飞行中心的研究人员则在2020年7月发布了一份类似的闪电活动地图,该地图基于ISS LIS三年的观测结果得出。

“ISS LIS的新的、值得注意的是,它给我们的观测结果比我们从TRMM得到的观测结果要远得多,”NASA马歇尔大气科学家Patrick Gatlin表示,“ISS LIS的观测结果延伸到了北纬55度和南纬55度,远至加拿大和巴塔哥尼亚。”据悉,早期的全球闪电图使用的是TRMM LIS的观测数据,这些数据仅限于热带地区。。

“拥有ISS LIS数据的一个令人兴奋的事情是,我们开始能将现在发生的闪电跟我们在20世纪90年代用OTD看到的以及跟我们在2000年代和2010年代用TRMM LIS看到的进行比较,”NASA马歇尔的大气科学家Tim Lang说道,“跟地面网络相比,卫星也有内在的优势,因为我们在网络中没有空白,而且我们在海洋上有测量。”

早期的闪电活动地图在地图上给了闪电一个单一的坐标。通过重新处理所有的OTD和LIS数据,科学家们能够让新地图包含水平尺寸。洛斯阿拉莫斯国家实验室的Micheal Peterson解释称:“我们的分析说明了一个事实,即闪电可以水平传播,而不仅仅是垂直地从云层到地面。思考这个新气候学的一种方式是,它告诉我们一个观察者可以预期闪电在头顶上可见的频率--不管闪电在哪里开始或结束。”

Peterson补充道:“一些闪电--我们称之为巨型闪电--实际上传播的水平距离非常长,有时长达数百公里。2018年,有史以来最长的闪电跨越了709公里(440英里),它在阿根廷和巴西的天空中噼啪作响,持续了11秒。”

尽管新方法确实改变了我们理解闪电的一些细节,但总体模式仍跟以前相似。委内瑞拉北部的马拉开波湖(如上图所示)的平均闪电率为每天389次,是世界上闪电密度最高的地区。该地区独特的地理环境助长了天气模式,从而使其成为雷暴和闪电的磁铁。位于卢旺达和刚果民主共和国边境的基伍湖沿岸地区紧随其后,平均每天有368次闪电。

虽然研究人员仍在协调各种数据记录的过程中,但他们乐观地认为,卫星数据将被证明对确定闪电活动的趋势非常有用。他们还希望能够确定气候变化是否正在影响闪电。一些科学家预计,随着世界变暖,天气前线和风暴轨道的调整,模式将发生变化。通过促进二氧化氮(一种温室气体)的产生,闪电也是全球变暖的一个直接促成因素。“研究气候变化对闪电的影响更加紧迫,因为世界气象局最近将闪电列入其基本气候变量的名单,”Lang说道。

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