國際空間站第二個LIS幫助科學家獲得地球閃電新地圖

自人類誕生以來,閃電一直是人們好奇和敬畏的來源。儘管地球上的某個地方隨時都有幾十次閃光,但這些短暫的放電–通常持續不到30微秒–仍是異常具有挑戰性的研究。然而,近幾十年來,衛星已經為加深我們對閃電的了解做了很多工作。

國際空間站第二個LIS幫助科學家獲得地球閃電新地圖

自20世紀90年代以來,太空中的傳感器提供了高質量的閃電觀測,這使得大氣科學家有可能對閃電的全球分佈進行量化和繪圖。

2001年,利用商業OrbView-1衛星上的光學瞬變探測器(OTD)和NASA的TRMM衛星上的閃電圖像傳感器(LIS)提供的數據,首批全球閃電活動地圖之一得以公布。20年後,安裝在國際空間站(ISS)上的第二個LIS正在補充長期記錄並製作了更新、更好的全球閃電活動地圖。

上面的地圖則借鑒了多個傳感器的觀測結果–ISS LIS、TRMM LIS和OTD。TRMM LIS在1997年至2015年期間收集了數據;OTD在1995年至2000年期間運行;而ISS LIS自2017年以來一直在飛行。來自洛斯阿拉莫斯國家實驗室和阿拉巴馬大學亨茨維爾分校的科學家們在2021年3月發布了一份更新的地圖。來自NASA馬歇爾太空飛行中心的研究人員則在2020年7月發布了一份類似的閃電活動地圖,該地圖基於ISS LIS三年的觀測結果得出。

“ISS LIS的新的、值得注意的是,它給我們的觀測結果比我們從TRMM得到的觀測結果要遠得多,”NASA馬歇爾大氣科學家Patrick Gatlin表示,“ISS LIS的觀測結果延伸到了北緯55度和南緯55度,遠至加拿大和巴塔哥尼亞。”據悉,早期的全球閃電圖使用的是TRMM LIS的觀測數據,這些數據僅限於熱帶地區。。

“擁有ISS LIS數據的一個令人興奮的事情是,我們開始能將現在發生的閃電跟我們在20世紀90年代用OTD看到的以及跟我們在2000年代和2010年代用TRMM LIS看到的進行比較,”NASA馬歇爾的大氣科學家Tim Lang說道,“跟地面網絡相比,衛星也有內在的優勢,因為我們在網絡中沒有空白,而且我們在海洋上有測量。”

早期的閃電活動地圖在地圖上給了閃電一個單一的坐標。通過重新處理所有的OTD和LIS數據,科學家們能夠讓新地圖包含水平尺寸。洛斯阿拉莫斯國家實驗室的Micheal Peterson解釋稱:“我們的分析說明了一個事實,即閃電可以水平傳播,而不僅僅是垂直地從雲層到地面。思考這個新氣候學的一種方式是,它告訴我們一個觀察者可以預期閃電在頭頂上可見的頻率–不管閃電在哪裡開始或結束。”

Peterson補充道:“一些閃電–我們稱之為巨型閃電–實際上傳播的水平距離非常長,有時長達數百公里。2018年,有史以來最長的閃電跨越了709公里(440英里),它在阿根廷和巴西的天空中噼啪作響,持續了11秒。”

國際空間站第二個LIS幫助科學家獲得地球閃電新地圖

儘管新方法確實改變了我們理解閃電的一些細節,但總體模式仍跟以前相似。委內瑞拉北部的馬拉開波湖(如上圖所示)的平均閃電率為每天389次,是世界上閃電密度最高的地區。該地區獨特的地理環境助長了天氣模式,從而使其成為雷暴和閃電的磁鐵。位於盧旺達和剛果民主共和國邊境的基伍湖沿岸地區緊隨其後,平均每天有368次閃電。

雖然研究人員仍在協調各種數據記錄的過程中,但他們樂觀地認為,衛星數據將被證明對確定閃電活動的趨勢非常有用。他們還希望能夠確定氣候變化是否正在影響閃電。一些科學家預計,隨着世界變暖,天氣前線和風暴軌道的調整,模式將發生變化。通過促進二氧化氮(一種溫室氣體)的產生,閃電也是全球變暖的一個直接促成因素。“研究氣候變化對閃電的影響更加緊迫,因為世界氣象局最近將閃電列入其基本氣候變量的名單,”Lang說道。

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