一篇刊登在《科學》期刊上的新研究發現,空氣中的微小粒子會導致強大的風暴形成,對天氣的影響力超乎過去所知。只要小於人類頭髮寬度千分之一的粒子,就可能導致風暴加劇、雲量和降雨增加。

這篇研究聚焦於「氣膠」(大氣氣膠,或稱懸浮微粒,Aerosols)的能力。氣膠是空氣中的微小粒子,可能來自城市、工業空氣污染或自然產生如野火。

過去雖然已經掌握到,氣膠可能影響天氣和氣候,但這次科學家選在未受工業污染的巴西亞馬遜熱帶雨林進行實驗,精確辨識出懸浮微粒造成的效應,發現這些細小顆粒的威力不容小覷。

「我們證實這些粒子是造成部分風暴如此強烈並產生大量雨水的原因之一。在溫暖潮濕,且一般來說天氣多爲晴朗的地區,空氣中的細小顆粒可能會產生相當大的影響。」硏究主要作者、美國能源部西北太平洋國家實驗室學者范季文(Jiwen Fan,暫譯)說。

該研究以Green Ocean Amazon計畫蒐集來的獨特資料爲基礎。在這個計畫中,科學家於2014-2015年期間進行了氣候相關的地面和空中測量。

研究所利用的資料來自亞馬遜地區,因為這裡除了馬瑙斯(Manaus)周邊地區外,幾乎未受污染。馬瑙斯是亞馬遜最大的城市,人口超過200萬。

亞馬遜熱帶雨林為氣膠研究提供了獨特的天然實驗室。在這裡科學家難得可以在工業化前的環境中觀察污染對大氣過程的影響,並精確辨識出除了溫度和濕度等其他因素外,懸浮微粒造成的效應。科學家研究了風暴發展過程中,50奈米以下超細顆粒的作用。

科學家過去已經了解,較大的懸浮顆粒會促使强大上升氣流形成雲,進而形成水滴,最終降雨。但過去一直不曾觀察到的是小於50奈米的顆粒(如車輛和工業過程產生的顆粒)是否具有相同的效果。這項研究結果顯示,超細微粒刺激雲層的威力比稍大的顆粒更强。

藉由精細的電腦模擬,科學家展示了超細微粒如何影響暴風雨雲的產生——溫暖潮濕的環境中沒有較大顆粒的存在,超細微粒就有機會形成雲滴(cloud droplets);而在相對濕度超過100%的溫暖潮濕高空環境中,低濃度的大顆粒會導致大量多餘的水蒸氣,也會使超細顆粒轉變成雲滴。

這些超細顆粒尺寸雖小但數量龐大,因此可以形成許多小水滴,讓過量的水蒸氣在其上凝結。如此的凝結過程將釋放更多的熱量,使得上升氣流更加強大。更多的暖空氣被拉入雲中,將更多的水滴拉到高空,產生更多的冰珠、霰、閃電和雨水。

這樣的結果,范季文稱之為「強化對流」(invigorated convection),意味著產生更強的風暴。

「我們證實在晴朗潮濕的條件下,像是海面上和部分熱帶地區,微小的氣膠對天氣和氣候有很大的影響,並且會加劇風暴威力。」范季文說,「更廣泛而言,這樣的結果顯示,從前工業時代至今,人類活動可能劇烈地改變了這些地區的暴風雨特性。」

※ 全文及圖片詳見:ENS

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※本文獲《環境資源中心》授權轉載,原文:氣膠新研究:超細懸浮微粒讓暴風雨越來越強