闪电和可分解的放电产生的分子可以净化大气

羟基自由基在大气中很重要，因为它会引发化学反应，并分解温室气体甲烷等分子。OH是大气中许多成分变化的主要驱动力。

“最初，我们研究的是这些巨大的OH和HO2宾夕法尼亚州立大学气象学杰出教授威廉·h·布伦说:“我们在云层中发现了信号，并问我们的仪器出了什么问题?”“我们假设仪器中有噪声，所以我们从数据集中删除了巨大的信号，并将它们搁置起来供以后研究。”

这些数据来自于2012年在科罗拉多州和俄克拉荷马州上空飞行的一架飞机上的一个仪器，该仪器观察了雷暴和闪电对大气造成的化学变化。

但几年前，Brune从架子上取下了数据，发现这些信号实际上是羟基和过氧化氢，然后与一名研究生和研究助理合作，看看这些信号是否可以在实验室中通过火花和可见放电产生。然后他们对雷暴和闪电数据集进行了重新分析。

“在一名优秀的本科生实习生的帮助下，”布伦说，“我们能够将我们的仪器在雷暴云层中飞行时看到的巨大信号与地面上的闪电测量数据联系起来。”

研究人员今天(4月29日)在网上报告了他们的研究结果科学首次发行及地球物理研究杂志——大气．

布伦指出，飞机避免飞过快速上升的雷暴核心，因为这很危险，但可以对云砧进行取样，云砧是云的顶部，沿风的方向向外扩散。可见的闪电发生在靠近雷暴核心的铁砧部分。

“纵观历史，人们只对闪电感兴趣，因为闪电可以在地面上发挥作用，”布伦说。“现在人们对雷暴中导致闪电的较弱放电越来越感兴趣。”

大多数闪电从未击中地面，而停留在云层中的闪电对于影响高层大气中的臭氧和重要的温室气体尤为重要。众所周知，闪电可以分解水，形成羟基和过氧化氢，但这一过程从未在雷暴中观察到。

最初让Brune团队感到困惑的是，他们的仪器记录了云层中从飞机或地面上看不到闪电的区域中含有高水平的羟基和过氧化氢。实验室的实验表明，微弱的电流，能量远低于可见闪电，可以产生这些相同的成分。

虽然研究人员在可见闪电的区域发现了羟基和过氧化氢，但他们几乎没有发现臭氧的证据，也没有发现一氧化氮的证据，而一氧化氮需要可见闪电才能形成。如果可分解闪电经常发生，那么这些电事件产生的羟基和过氧化氢就需要包括在大气模型中。目前，他们还没有。

根据研究人员的说法，“在全球发生的所有风暴中，闪电产生的OH(羟基)可能是全球大气中2%至16%的OH氧化的原因，这一比例虽然不确定，但相当可观。”

“这些结果是高度不确定的，部分原因是我们不知道这些测量结果如何适用于全球其他地区，”布伦说。“我们只飞过科罗拉多州和俄克拉荷马州。大多数雷暴发生在热带地区。高平原风暴的整体结构与热带风暴不同。显然，我们需要更多的飞机测量来减少这种不确定性。”

宾夕法尼亚州立大学的其他研究人员包括本科生帕特里克·j·麦克法兰(Patrick J. McFarland);博士获得者David O. Miller;杰娜·m·詹金斯(Jena M. Jenkins)，博士生，都是气象学和大气科学方面的。

参与该项目的还有德州理工大学大气科学副教授Eric Bruning;Sean Waugh，研究气象学家，Donald MacGorman，高级研究科学家，都在NOAA国家强风暴实验室;任欣荣，美国国家海洋和大气管理局空气资源实验室物理学家;毛景秋，阿拉斯加大学大气化学助理教授;以及科罗拉多大学博尔德分校环境科学合作研究所高级专业研究助理Jeff Peischl。

国家科学基金会、美国国家航空航天局和国家海洋和大气管理局支持这项工作。