中国不同地区气溶胶对闪电活动影响的研究

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为深化对气溶胶与闪电活动关系的认识,本文利用卫星和地基闪电定位资料、卫星和再分析气溶胶光学厚度(AOD)资料、环境因素(对流有效位能(CAPE)、温度、地面相对湿度)再分析资料研究了中国不同区域的闪电活动与气溶胶的关系,得到以下主要结论:(1)利用9年(2010~2018)夏季(6,7,8月)地基闪电定位资料和AOD资料分析了中国陆地区域地闪活动对气溶胶浓度的响应程度,结果表明大部分(>64.7%)陆地区域日总地闪(负极性地闪+正极性地闪)频数和日正极性地闪频数在高气溶胶浓度条件下更大,并主要集中于中国东部地区,而日正地闪比例(日正极性地闪频数占日总地闪频数的比例)在大部分(>75%)陆地区域在高气溶胶浓度条件下更低,并均匀分布在中国各个地区。日地闪频数、日正极性地闪频数和日正地闪比例对气溶胶浓度的响应程度都在气溶胶浓度较大的条件下更弱。此外,选取了中国五个不同类型的地区(沙漠、盆地,高原,平原和沿海地区),分析了地闪活动在这些区域上对气溶胶浓度的响应。结果表明气溶胶在平原(R=0.54)和沿海地区(R=0.69)与日总地闪频数正相关,在高原地区与日总地闪频数弱正相关(R=0.33)。气溶胶与日正极性地闪频数在所有区域都没有明显的关系(R<0.30)。除了沙漠地区(R=0.04),日正地闪比例都与气溶胶浓度负相关。(2)基于14年(2001~2014)夏季卫星探测闪电数据、AOD数据、气象因素(CAPE、位温、地面相对湿度)数据,我们分析了在中国中部地区(32.5°~40°N,100°~120°E),高(AOD>1.0)、低(AOD<1.0)两种气溶胶浓度条件下闪电密度与AOD以及各个气象因素之间的关系。在气溶胶浓度相对较低的条件下,闪电密度与AOD(R=0.64)和位温(R=0.51)正相关,而在气溶胶浓度较高的条件下,闪电密度与AOD(R=-0.06)和位温(R=0.07)不相关,这表明气溶胶在浓度较低的条件下可能通过微物理作用促进闪电活动,而在气溶胶浓度较高时气溶胶的辐射作用与微物理作用相互抑制,使得闪电活动与气溶胶浓度之间没有明显的关系。而在两种气溶胶浓度条件下,CAPE与闪电密度都正相关(R>0.68),地面相对湿度与闪电密度弱正相关(R<0.35),说明气溶胶浓度的变化对CAPE和地面相对湿度与闪电密度的关系影响不大。(3)选取中国三个空气污染地区(R1:28°~32°N,103°~107°E;R2:29°~33°N,111°~115°E;R3:34°~38°N,115°~119°E),对这三个区域的地闪密度和两种气溶胶(硫酸盐气溶胶和沙尘气溶胶)的关系进行了分析。在有地闪发生的月份,研究区域的地闪密度在高硫酸盐气溶胶浓度条件下更高;而在高沙尘气溶胶浓度条件下,三个研究区域的结果不一致。硫酸盐气溶胶可能是研究区域中起主要作用的气溶胶。分析了硫酸盐气溶胶光学厚度和地闪密度(正地闪比例)在不同CAPE和SRH值范围条件下的关系。结果表明,研究中硫酸盐气溶胶光学厚度在部分CAPE和SRH条件下与正地闪密度正相关,而在其他条件下二者没有明显的关系,在少部分条件下二者负相关。正地闪比例与硫酸盐气溶胶光学厚度在大多数CAPE和SRH条件下都呈负相关的关系。
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