如果你看一个闪电地图在新加坡港附近，你会注意到一股奇怪的强烈的条纹活动就在世界上最繁忙的航线上进行。事实证明，闪电确实对船只做出了反应，或者更确切地说是对它们发出的微小粒子做出了反应。
我和我的同事利用全球闪电探测网络的数据，研究了船舶排出的废气羽流与闪电的关系。闪电频率增加。
几十年来，随着全球贸易的增长推动船舶运输量的增加，船舶排放量稳步上升。然后，到了 2020 年，新的国际法规将船舶硫排放量减少 77%。
我们新发表的研究表明，闪电如何影响航道几乎一夜之间下降了一半条例生效后。
这项计划外的实验展示了高达 10 英里的雷暴对比一粒沙子还小的颗粒物的排放非常敏感。
闪电对人类污染的反应有助于我们更接近地理解一个长期存在的谜团：人类排放物在多大程度上（如果有的话）影响了雷暴？
气溶胶颗粒会影响云吗？
气溶胶颗粒，也称为颗粒物，无处不在。有些是由风吹起或由生物来源产生的，例如热带和北方森林。其他是由人类工业活动产生的，例如运输、农业燃烧和制造业。
很难想象，在一升空气（大约水瓶大小）中，有数以万计的微小悬浮液体或固体簇。在一个被污染的城市里，可能会有每升数百万个颗粒，大多是肉眼看不见的。
这些颗粒是云形成的关键成分。它们充当水蒸气的种子或核凝结成云滴。气溶胶颗粒越多，云滴就越多。
在浅云中，例如您在阳光明媚的日子里可能会看到的蓬松的积云，拥有更多的种子会产生以下效果：让云变得更亮，因为液滴表面积的增加会散射更多的光。
然而，在风暴云中，这些额外的水滴会冻结成冰晶，使得气溶胶颗粒对风暴的影响很难确定。云滴冻结释放潜热并导致冰到碎裂。
这种冻结与产生风暴的强大热力学不稳定性相结合，产生了一个非常混乱的系统，使其很难隔离任何一个因素正在影响他们。
我们无法在实验室中产生雷暴。然而，我们可以研究在世界上最繁忙的航运走廊上进行的偶然实验。
船舶排放和闪电
发动机通常有三层楼高并且燃烧粘稠燃料油进出港口的船舶排放大量烟灰和硫颗粒。
新加坡港附近的航线是世界上交通最繁忙的航线 –大约20%世界上船舶使用的船用油是在那里购买的。
为了限制对港口附近人员的毒性，国际海事组织– 负责监督航运规则和安全的联合国机构 – 于 2020 年开始监管硫排放。
在新加坡港，高硫燃料销量大幅下降，船舶燃料由调控前的近100%提高到调控后的25%，由低硫燃料替代。
但航运排放与闪电有什么关系呢？
科学家们提出了许多假设来解释闪电和污染之间的相关性，所有这些假设都围绕着问题的症结：使云带电：雪花状冰晶与密度更大的冰块之间的碰撞。
当带电的轻质冰晶随着密度更大的冰落下而升起时，云就变成了一个巨型电容器，当冰晶相互碰撞时产生电能。最终，电容器放电，射出一道闪电，比太阳表面热五倍。
我们认为，不知何故，船舶烟囱中的气溶胶颗粒正在产生更多的冰晶或云中更频繁的碰撞。
在我们最新的研究中，我和我的同事描述了航道上的闪电如何2020年后下降约50%。没有其他因素，例如厄尔尼诺现象的影响或雷暴频率的变化，这可以解释闪电活动的突然减少。我们得出的结论是，由于监管，雷电活动有所减少。
船舶燃料中硫含量的减少意味着水滴凝结的种子减少，从而减少了冰晶之间的充电碰撞。最终，能够产生雷击的带电风暴越来越少。
接下来怎么办？
闪电减少并不一定意味着降雨或风暴减少。
关于人类如何改变风暴以及我们将来如何有意或无意地改变风暴，还有很多东西需要了解。
一般来说，气溶胶颗粒是否真的会激发风暴，从而产生更广泛、更剧烈的垂直运动？或者气溶胶的影响是否是闪电产生的特性所特有的？人类是否改变了全球闪电频率？
我和我的同事正在努力回答这些问题。我们希望通过了解气溶胶颗粒对闪电、雷暴降水和云发展的影响，我们可以更好地预测随着人类排放量持续波动，地球气候将如何反应。
