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实验室研究人员在宇宙线对闪电活动影响的研究中取得进展

2019年11月22日 星期五 14:01:03

工业革命以来,学界普遍认为人类活动是引起全球变暖的主导因素。在此背景下,太阳活动影响全球性地球天气/气候变化产生的观点一直饱受质疑。近些年来,随着空间、大气、海洋等领域交叉研究的不断深入,太阳活动等空间天气因子对全球天气/气候变化的影响正逐渐为学界关注和接受。当然,受限于理论基础的匮乏和观测数据的不足,该领域的研究结果仍存在较大的争议性。

目前,空间天气机制是学界中比较认同的太阳活动影响地球天气/气候变化的机制之一。该机制认为,太阳活动通过改变空间天气调制宇宙线,从而影响地球大气电离、云微物理过程等,进而作用于全球大气电流环路、地球辐射平衡等,最终影响全球天气/气候变化。

宇宙线福布斯下降(FD)事件反映的就是太阳活动调制下的短期宇宙线变化。该事件通常由日冕物质抛射(CME)引起,CME发生时大量磁化等离子体团到达并包裹地球,对部分银河宇宙线进入地球大气起到了屏蔽作用。具体地,FD事件期间,地面中子观测站观测到的中子计数会在几小时至一天内迅速下降,并在一周左右恢复至初始水平。

雷电活动是大气电学的核心过程,是维持全球大气电流环路的重要环节。同时,作为全球特别是中低纬地区频发的灾害性天气过程,雷电活动破坏力巨大。因此,影响雷电活动潜在因素的研究具有重要的理论和现实意义。

近日,空间中心天气室王赤研究员团队以FD事件为切入点,利用TRMM(热带降雨测量任务)卫星的闪电观测,着重研究热带及亚热带地区闪电活动对于宇宙线短期变化的响应规律。通过分析1998-2014年28个FD事件期间宇宙线强度和闪电计数的日变化,吴琼等人通过个例分析和统计研究发现:闪电活动对宇宙线变化呈正响应,闪电日计数在FD事件发生后随即减少,在2-3天内降至最低,之后随FD事件结束逐渐恢复至初始水平。此外,吴琼等人利用蒙特卡洛检验,进一步证实了统计分析结果的可靠性和显著性。

该项研究提供了宇宙线变化影响全球性闪电活动的观测证据,为进一步准确理解太阳活动影响地球天气/气候变化提供了新的认识。相关工作发表在国际《大气和日地物理学报》(《Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics》)上。

Citation:

Wu Q., Li, H., & Wang, C. (2019). Lightning response during Forbush Decrease in the tropics and subtropics. Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics, 195, 105134. https://doi.org/10.1016/j.jastp.2019.105134



图1. 2002年01月10日FD事件期间闪电活动对宇宙线变化呈正响应

图2. 28个FD事件的时序叠加统计结果表明闪电活动对宇宙线变化呈正响应

图3. 蒙特卡洛检验验证了28个FD事件统计分析结果的可靠性和显著性

 

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