不仅仅是闪电

闪电是美丽的，有时是可怕的，而且经常是破坏性的。但科学家们发现，这些戏剧性的放电现象远不止是暴风雨天空中的一场表演。在去年12月举行的美国地球物理联盟秋季会议上，研究人员报告说，闪电比以前认为的更为常见和普遍，并且在全球气候中发挥着重要作用。

最近大部分信息的意外来源是来自一颗旨在探测秘密核武器试验的小型卫星发回地球的数据。这颗名为FORTE（快速在轨瞬态事件记录）的小型卫星由洛斯阿拉莫斯国家实验室和桑迪亚国家实验室联合开发，于1997年8月发射。其30英尺长的天线和先进的无线电接收器以非常高的速率采样各种无线电频率。

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FORTE可以检测核爆炸产生的电磁能量爆发，但它的科学专长已被证明是探测闪电：该航天器的灵敏仪器还会拾取持续不到千分之一秒的闪电闪烁产生的短暂无线电脉冲。FORTE还具有两个检测和测量光学发射的传感器。该卫星每天多次飞越易发闪电的赤道热带地区。

到目前为止，FORTE已在全球范围内记录了超过200万次闪电。这些测量结果足够详细，研究人员可以从中挑选出导致大气放电的各个过程的信号。卫星数据与国家闪电探测网络以及一个测量低频电磁辐射或“大气电扰”以及电场方向变化的传感器网络收集的数据相结合。综合数据可能有助于气象学家识别产生龙卷风或降下破坏性冰雹的风暴系统的无线电特征。

FORTE最重要的发现之一是，海上风暴产生的闪电比以前意识到的要多。“有一种说法是‘闪电喜欢陆地’，这对于云层到地面的放电来说是正确的，”洛斯阿拉莫斯物理学家保罗·阿戈在AGU会议上介绍了研究结果时说。“FORTE表明，海洋上的风暴本身在云层中产生大量的闪电。”

这些闪电放电表明了热量如何通过大气在地球周围传输。到达地球的太阳能量的一部分被捕获并通过水蒸气中携带的潜热在全球范围内重新分配。当水蒸气凝结并以降雨形式落下时，热量被释放出来。有闪电的风暴往往更强烈，并释放更多热量。追踪这些系统可能表明正在释放大量热量的位置。

云层内闪电发出的闪光很难检测到，大多数监测站都位于陆地上。但是，FORTE可以轻松检测到云层内闪电产生的能量爆发。阿戈利用FORTE的观测数据和气象卫星地图来精确定位风暴系统的位置；他确认了大约200个风暴系统，这些系统在海洋和陆地上都产生了大量的云间闪电。

云间闪电的一个指标是TIPPs（跨电离层脉冲对）的独特无线电信号。这些奇怪的能量双爆发，间隔几千万分之一秒，是在1993年一个名为“黑胡子”的实验中，在一颗早期灵敏度较低的名为ALEXIS的反核扩散卫星上发现的。FORTE的数据证实，TIPPS是由云层之间极其强烈的闪电爆发产生的——第二个脉冲是由第一个脉冲从地球表面反射产生的。

阿戈

表明，研究全球能量收支的研究人员（该收支试图解释通过太阳加热注入大气中的能量如何重新分配）在预测天气模式和长期气候影响时，可能需要重新考虑海洋上风暴释放的能量量。“基于光学发射的观测表明，闪电优先发生在陆地上，但我们发现这只是其中的一部分，”阿戈说。

在AGU会议上提出的其他发现表明，闪电也塑造了大气化学。特别是，它会产生臭氧，这些臭氧会传输到上层大气中的广大区域。科罗拉多州博尔德国家大气研究中心的访问科学家路易莎·埃蒙斯及其同事将印度洋东部的一个臭氧含量升高区域与非洲产生的闪电联系起来。

该团队使用一个名为MOZART的大气化学计算机模型来分析在日本和南极洲之间收集的四年臭氧数据。在印度洋东部大部分地区，海拔2至6英里（3-10公里）之间的臭氧测量值高达每十亿分之80——与美国城市污染的一天相似的水平，并且是正常水平的几倍。

众所周知，闪电会产生氮氧化物 (NO_x)，在阳光下可能会与其他气体发生反应生成臭氧。以前的大多数研究都集中在风暴附近NO_x的产生上。然而，产生的臭氧在上对流层中具有很长的寿命，因此可以长距离输送。

MOZART的结果表明，臭氧不是从平流层下降的，平流层是由阳光产生的，从而阻挡了有害的紫外线辐射。另一个可能的来源是非洲上风处的森林和草地燃烧。但是，当从模型计算中删除生物质燃烧时，臭氧水平仍然很高。

当研究人员忽略了有关非洲上空闪电的数据时，预测的臭氧水平显着下降。该小组得出结论，来自非洲南部风暴的臭氧正在被副热带急流输送到澳大利亚。“尽管模型结果存在不确定性，”埃蒙斯说，“但它们表明闪电对对流层化学具有深远而重要的影响。”

在AGU会议上关于闪电的大量报告中，一个明显的结论是，一颗防御卫星对理解全球气候做出了重大贡献。但是，在忠实地发回数百万次闪电的数据后，FORTE检测到多少次武器试验？无可奉告。