雷暴通过大风、冰雹和雷击产生的危害对人类生活和社会经济造成了破坏性影响。云微物理（冰粒子大小、过冷水和冰含量）对闪电的影响至关重要，但闪电与云微物理的关系机制尚不清楚，这一定程度上影响了地球系统科学模式的精确性。因此，了解云水与雷暴电学之间的关系是地球系统科学研究中的关键问题之一，对防灾减灾和全球气候变化研究具有重要的科学意义。

我实验室地球系统模式创新团队利用长达20年的LIS/OTD卫星观测资料和ERA-Interim再分析数据量化了云冰分数与闪电活动之间的关系，率先从气候学观测学的角度发现了在海洋和大陆地区上空闪电发生率随云冰分数的变化之间呈非线性变化，同时云冰分数与闪电频次之间存在一个稳定的修正伽马函数关系。研究进一步阐明了其中的物理机制，并论证了它在全球范围内的适用性。研究结果表明，闪电频次随着层积云、液态云中云冰分数的增加而增加，在深对流云所对应的临界云冰分数处达到最大的闪电频次，超过临界值后，闪电频次随着卷云、冰云中云冰分数的增加而降低。在大陆、海洋以及不同气候类型的地区都存在这一现象。该工作揭示了云冰分数对闪电发生频次的驱动机制，这一科学规律的发现将有助于防灾减灾、雷电预报、灾害预测以及地球系统数值模式的改进。

图1 云冰分数对闪电活动影响的示意图

该成果于2021年8月在Nature系列期刊中的communications earth & environment（CEE）发表，题目为“Cloud ice fraction governs lightning rate at a global scale”。创新团队骨干成员韩永教授是第一作者、通讯作者，首席科学家董文杰教授、中山大学博士研究生罗浩、美国纽约城市大学城市学院NOAA-CESSRST研究科学家吴永华博士、复旦大学大气与海洋科学系张义军教授参与了该研究。

该研究得到了国家重大科研仪器研制项目、国家自然科学基金面上项目、热带大气海洋系统科学教育部重点实验室和南方海洋实验室创新团队建设科研经费等的支持。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s43247-021-00233-4