气候变暖可能导致北极闪电频发。
作者亚历杭德拉·博伦达
从前，北极的闪电非常罕见，人们一生中从未见过闪电。但这个地区正在迅速变暖，闪电越来越常见，甚至可能影响到北极以外的地方。
最近的一项研究预测，到本世纪末，北极地区的闪电频率可能会增加一倍。另一项研究表明，仅在过去十年中，北极地区的闪电数量就增加了两倍，但一些研究人员对这一结果表示怀疑。
科学家说，随着气候变化的加速，闪电的增加令人担忧；他们还对未来感到担忧:更多的闪电可能会引起一系列生态变化，将储存在北极的大量碳释放到大气中，进一步加速气候变暖。
加州大学欧文分校的研究员陈阳说:“在过去，数量很少，但气候影响很大。”他是发表在《自然气候变化》杂志上的一项研究的第一作者。
由闪电引起的火灾正在增加。
2002年，研究人员采访了加拿大西北部北极社区的土著老人。在他们的记忆中，他们一生中从未见过几次雷雨。一位长者回忆说，她只在20世纪30年代见过一次风暴，当时她只有5岁。
当时，科学家们并不认为北极会有闪电:这种现象非常罕见，即使是在北极工作了几十个夏天的研究人员也可能从未见过闪电。
阿拉斯加大学费尔班克斯分校的气象学家乌玛·巴特说:“当我第一次来到费尔班克斯时，我很惊讶地看到了雷暴。她在阿拉斯加生活了22年，一直在研究北极的闪电。
在2014和2015年，有记录以来最大的火灾席卷了阿拉斯加和加拿大西北部的大片地区。像北极90%以上的火灾一样，这些火灾都是由闪电引起的。
随着北极气候变得越来越温暖和干燥，植物变得越来越易燃。但在2014和2015之后，阿姆斯特丹自由大学的气候科学家、最近一篇论文的合著者桑德·维拉韦贝克(Sander Veravebeke)正在思考另一个因素:引发火灾的闪电是不是越来越常见了？
“我检查了多年来的闪电数据，发现这不是巧合，”Veravebeke说。"闪电的增加几乎直接导致了火灾的增加."
在2017的论文中，他和他的同事发现，自1975以来，在阿拉斯加和中国西北地区，闪电引起的火灾数量增加了一倍多。在2014和2015这两个灾难性的季节，两地的火灾次数都打破了记录。
更多闪电？
但是整个北极地区闪电真的更频繁吗？这是一个很难回答的问题，因为北极没有持续的闪电记录。
1995发射的一颗卫星记录了极地闪电，但在2000年退役。新的闪电感应卫星只能观测遥远的南北极，以及中纬度地区，不能直接观测极地。
地面网络中使用的传感器可以检测闪电产生的无线电波，现在几乎可以记录全世界的闪电。Bhatt发现，利用阿拉斯加的区域网络，闪电增加了1986到2015。
然而，气候科学家表示，北极地区不到20年的记录不足以证明这是一个稳定的发展趋势。
最近，华盛顿大学的一个研究小组研究了全球闪电定位网络的数据。这是一个地面传感器网络，自2004年开始运行。他们发现，北纬65度记录的闪电数量从2010年的不到5万次增加到2020年的约25万次。研究人员表示，这部分是由于传感器数量的增加，但据估计，在过去的10年里，该地区的闪电数量增加了两倍。
然而，由Visala公司运营的另一个全球闪电探测网络未能捕捉到这一急剧增长。2012年，全球闪电数据库360(GLD360)开始运行，因此与华盛顿团队相比，他们的记录时间更短，但这个网络更灵敏，记录了更多更弱的闪电。
维萨拉公司的研究工程师瑞安·赛义德说，从2012年到2020年，他们没有记录到闪电活动的显著增加；但这并不意味着没有这种趋势，只是科学家需要更多的时间来观察和找出天气模式的变化。
“这只是开始，”他说。
近年来，维萨拉的闪电网络已经探测到一些不寻常的活动。在2019年和2020年夏季，GLD360在北纬85度记录了超过100次雷击，其中包括一系列距离北极不到555公里的雷击，这是极其罕见的。
未来会有更多的闪电。
陈阳说，无论这些变化是否发生，几乎可以肯定的是，气候变化将意味着北极地区更多的闪电。
闪电的形成需要特殊的因素，这在遥远的北方很少见，但气候变化可能会使它们更常见。
首先，地面的空气必须是温暖的，充满水分的，能快速漂浮的。上面的空气温度必须足够低。当暖空气迅速上升时，水凝结成小冰粒。整个系统非常动荡，空气旋转扰动，冰粒在其中剧烈翻滚，使得电子相互碰撞，冰粒带电。最后，大规模放电发生在云层内部，或者云层和地面之间。
从历史上看，北极寒冷且相对稳定的大气不适合雷暴。但在过去的30年里，这里的温度上升了1到2度，比地球上所有其他地方都要快。
陈阳和他的同事，包括维拉韦贝克，想知道到本世纪末，气候条件的这些变化会引发多少闪电。他们将20世纪90年代卫星记录的北极闪电数据与同一时期的天气数据进行了比较，寻找哪种大气条件与罕见的闪电最匹配。
气候模型预测了闪电的有利条件，通过对闪电的延伸(与雷暴的整体可能性略有不同)，发现未来苔原地区的闪电频率约为原来的1.5倍，北部林区几乎翻倍。美国大陆的闪电概率预计会增加50%，相比之下，北极的数量要大得多。一些研究表明，到2100年，全球闪电活动将会减少，部分原因是闪电频繁的热带地区可能会升温，降低冰晶形成的频率。
陈阳和他的同事用来估计闪电的卫星数据无法与用来检测最近闪电活动的地面网络相匹配，因此这两个结果不能直接比较或整合。但他们都强调“北极的闪电正变得越来越重要，”Veravebeke说。
但最让人担心的不是闪电本身，而是闪电可能带来的影响。世界上任何地方的野火都会释放储存在森林和土壤中的碳。例如，2020年，澳大利亚的野火释放了超过8亿吨的二氧化碳，接近该国年排放总量的1.5倍。
野火不只是烧着地上的木头。“燃烧是三维的，”北亚利桑那大学的生态学家和北极专家米歇尔·麦克解释说。在地表火焰下，土壤中的有机物也被燃烧，与世界其他地方的土壤相比，北极土壤中的碳含量要高得多。几十年积累的碳往往在十厘米以上。Veravebeke说，吞噬表土的北极大火释放的碳至少是加利福尼亚大火的两倍。
这项研究表明，到本世纪末，由于更多的闪电和更多的火灾，北极的燃烧面积和碳排放量将比火灾造成的年排放量(约340万吨)增加150%以上。
但情况可能会更糟。大火改变了生态系统，为森林和灌木开辟了新的生长空间，促使它们向北迁移。这反过来会增加火灾的可能性，因为树木比苔原更容易着火。
森林也会变得更暖和，比苔原更容易着火，因为它们颜色更深，吸收更多的阳光。陈阳和他的同事发现，如果闪电引起的火灾增加，并加速森林北移，碳排放量将增加570%，每年约有2300万吨二氧化碳释放到大气中，相当于2020年加州火灾的五分之一。
对此，研究团队仅做了概述，并未做详细计算:北极地区的永久冻土面积为654.38+03万平方公里，闪电引发的火灾也会危及富含碳的永久冻土，加速融化，释放出大量储存在永久冻土中的碳。也就是说，碳排放量将增加570%。“这只是我们估计的下限，”陈阳说。
(译者:Sky4)