基于WRF-CHEM模型的印度沙尘暴与闪电相互作用机制研究及其灾害预警意义

研究人员针对沙尘暴伴随闪电的复合灾害问题，采用WRF-CHEM模型开展48小时模拟，发现含沙尘方案能更准确预测闪电强度（130次vs 60次）和沙尘路径，揭示沙尘带电过程对闪电活动的关键影响，为极端天气预警提供新依据。

　　

在印度北部干旱区，每年3-5月高温引发的强对流活动常形成裹挟闪电的沙尘暴（DS），这种复合灾害不仅造成能见度骤降（<1 km），更通过PM₁₀/PM_2.5颗粒物加剧呼吸道疾病风险。世界气象组织（WMO）数据显示，全球25%的沙尘排放与人类活动相关，而印度塔尔沙漠贡献了该国4%的沙尘量。传统气象模型难以准确模拟沙尘与闪电的相互作用机制，导致灾害预警存在显著偏差。

针对这一科学难题，研究人员采用嵌套网格（9 km/3 km分辨率）的WRF-CHEM模型，对比分析了2022年5月北方邦沙尘暴事件中"含尘"与"无尘"两种情景的模拟效果。研究发现：标准WRF模型虽能模拟闪电但低估60%强度，而耦合化学过程的WRF-CHEM在能见度1-2 km时预测闪电频次达110次，极端条件（能见度<1 km）下更提升至130次，显著优于无尘方案的60次预测。通过WWLLN全球闪电定位网和IITM地面观测数据验证，证实沙尘颗粒通过改变云微物理过程和大气不稳定性（CAPE值变化）促进放电现象。HYSPLIT轨迹模型进一步揭示沙尘传输路径与闪电热点区的空间耦合关系。

关键技术方法包括：1）WRF-CHEM多尺度嵌套建模；2）采用5种沙尘排放方案；3）ERA5再分析数据验证温湿度参数；4）WWLLN/IITM双源闪电观测验证；5）HYSPLIT沙尘轨迹追踪。

【Study area】北方邦作为印度沙尘暴最高发区域，其15%地区处于中度至极高风险等级，研究选取该区域具有典型性。

【Results & discussion】含尘模拟准确再现沙尘墙（垂直发展达1.6 km）的动态过程，揭示0.04-0.40 mm粒径颗粒最易被扬起，而<1 μm颗粒可在大气滞留10天以上。沙尘通过增强气溶胶-云相互作用，使CAPE值提升约20%，进而促进雷暴单体发展。

【Conclusion】该研究首次量化沙尘带电效应对闪电活动的贡献率，建立沙尘浓度与闪电频次的非线性关系模型，为复合灾害预警提供关键参数化方案。论文发表于《Science of The Total Environment》，对完善干旱区气候模型和公共卫生防护具有双重意义。