不僅僅是閃電

閃電是美麗的，有時是可怕的，而且經常是破壞性的。但科學家們發現，這些戲劇性的放電現象遠不止是暴風雨天空中的一場表演。在去年12月舉行的美國地球物理聯盟秋季會議上，研究人員報告說，閃電比以前認為的更為常見和普遍，並且在全球氣候中發揮著重要作用。

最近大部分資訊的意外來源是來自一顆旨在探測秘密核武器試驗的小型衛星發回地球的資料。這顆名為FORTE（快速在軌瞬態事件記錄）的小型衛星由洛斯阿拉莫斯國家實驗室和桑迪亞國家實驗室聯合開發，於1997年8月發射。其30英尺長的天線和先進的無線電接收器以非常高的速率取樣各種無線電頻率。

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FORTE可以檢測核爆炸產生的電磁能量爆發，但它的科學專長已被證明是探測閃電：該航天器的靈敏儀器還會拾取持續不到千分之一秒的閃電閃爍產生的短暫無線電脈衝。FORTE還具有兩個檢測和測量光學發射的感測器。該衛星每天多次飛越易發閃電的赤道熱帶地區。

到目前為止，FORTE已在全球範圍內記錄了超過200萬次閃電。這些測量結果足夠詳細，研究人員可以從中挑選出導致大氣放電的各個過程的訊號。衛星資料與國家閃電探測網路以及一個測量低頻電磁輻射或“大氣電擾”以及電場方向變化的感測器網路收集的資料相結合。綜合資料可能有助於氣象學家識別產生龍捲風或降下破壞性冰雹的風暴系統的無線電特徵。

FORTE最重要的發現之一是，海上風暴產生的閃電比以前意識到的要多。“有一種說法是‘閃電喜歡陸地’，這對於雲層到地面的放電來說是正確的，”洛斯阿拉莫斯物理學家保羅·阿戈在AGU會議上介紹了研究結果時說。“FORTE表明，海洋上的風暴本身在雲層中產生大量的閃電。”

這些閃電放電錶明瞭熱量如何透過大氣在地球周圍傳輸。到達地球的太陽能量的一部分被捕獲並透過水蒸氣中攜帶的潛熱在全球範圍內重新分配。當水蒸氣凝結並以降雨形式落下時，熱量被釋放出來。有閃電的風暴往往更強烈，並釋放更多熱量。追蹤這些系統可能表明正在釋放大量熱量的位置。

雲層內閃電發出的閃光很難檢測到，大多數監測站都位於陸地上。但是，FORTE可以輕鬆檢測到雲層內閃電產生的能量爆發。阿戈利用FORTE的觀測資料和氣象衛星地圖來精確定位風暴系統的位置；他確認了大約200個風暴系統，這些系統在海洋和陸地上都產生了大量的雲間閃電。

雲間閃電的一個指標是TIPPs（跨電離層脈衝對）的獨特無線電訊號。這些奇怪的能量雙爆發，間隔幾千萬分之一秒，是在1993年一個名為“黑鬍子”的實驗中，在一顆早期靈敏度較低的名為ALEXIS的反核擴散衛星上發現的。FORTE的資料證實，TIPPS是由雲層之間極其強烈的閃電爆發產生的——第二個脈衝是由第一個脈衝從地球表面反射產生的。

阿戈

表明，研究全球能量收支的研究人員（該收支試圖解釋透過太陽加熱注入大氣中的能量如何重新分配）在預測天氣模式和長期氣候影響時，可能需要重新考慮海洋上風暴釋放的能量量。“基於光學發射的觀測表明，閃電優先發生在陸地上，但我們發現這只是其中的一部分，”阿戈說。

在AGU會議上提出的其他發現表明，閃電也塑造了大氣化學。特別是，它會產生臭氧，這些臭氧會傳輸到上層大氣中的廣大區域。科羅拉多州博爾德國家大氣研究中心的訪問科學家路易莎·埃蒙斯及其同事將印度洋東部的一個臭氧含量升高區域與非洲產生的閃電聯絡起來。

該團隊使用一個名為MOZART的大氣化學計算機模型來分析在日本和南極洲之間收集的四年臭氧資料。在印度洋東部大部分地區，海拔2至6英里（3-10公里）之間的臭氧測量值高達每十億分之80——與美國城市汙染的一天相似的水平，並且是正常水平的幾倍。

眾所周知，閃電會產生氮氧化物 (NO_x)，在陽光下可能會與其他氣體發生反應生成臭氧。以前的大多數研究都集中在風暴附近NO_x的產生上。然而，產生的臭氧在上對流層中具有很長的壽命，因此可以長距離輸送。

MOZART的結果表明，臭氧不是從平流層下降的，平流層是由陽光產生的，從而阻擋了有害的紫外線輻射。另一個可能的來源是非洲上風處的森林和草地燃燒。但是，當從模型計算中刪除生物質燃燒時，臭氧水平仍然很高。

當研究人員忽略了有關非洲上空閃電的資料時，預測的臭氧水平顯著下降。該小組得出結論，來自非洲南部風暴的臭氧正在被副熱帶急流輸送到澳大利亞。“儘管模型結果存在不確定性，”埃蒙斯說，“但它們表明閃電對對流層化學具有深遠而重要的影響。”

在AGU會議上關於閃電的大量報告中，一個明顯的結論是，一顆防禦衛星對理解全球氣候做出了重大貢獻。但是，在忠實地發回數百萬次閃電的資料後，FORTE檢測到多少次武器試驗？無可奉告。