超级计算机重现自创雷暴的野火

2020年，美国加州的克里克大火爆发，火势猛烈到足以孕育出自己的雷暴——一个高耸的“火积云”在空中喷射闪电，并彻底改变了上方的天气。多年来，科学家一直难以模拟这种如同火山爆发般，把烟雾和水汽注入大气的火灾风暴。如今，研究人员取得突破，首次在先进的地球系统模型中成功重现了这种自生的风暴。

2020年9月5日，加州克里克大火不断增强，最终开始形成自己的天气系统。巨大的热量推动形成高耸的雷暴云，这些云释放闪电、助燃火势，让扑火人员面临更严峻的挑战。这类由野火孕育的罕见风暴，正逐渐成为美国西部火季的常客。它们影响着空气质量、本地天气，甚至会牵动全球气候。

此前，科学家难以在地球系统模型中重现强大的火灾风暴，导致难以预测它们何时出现，也难以衡量它们的环境影响。最新研究通过创新的野火-地球系统建模框架，克服了这个难题。

2025年9月25日发表在《地球物理研究快报》的论文中，科研团队首次在地球系统模型中成功模拟了由野火引发的雷暴（火积云）。团队由沙漠研究所的科研人员柯子明（Ziming Ke）主导，成功重现了克里克大火巨型雷暴云的生成时刻、高度和强度——这是美国有记录以来最大规模的此类天象之一。

同一模型还准确捕捉到2021年“迪克西大火”期间多次雷暴的形成，即使当时大气条件完全不同。研究关键在于模拟地形和风力如何把水汽向上带动，助力这些高耸云团形成。

“这项工作是地球系统建模领域的首次突破，”柯子明表示，“它不仅展示了如何用地球系统模型研究极端野火事件，也展现了沙漠研究所在模型开发方面的实力，为未来野火—气候科学发展奠定基础。”

一旦火积云形成，烟雾和水汽会像小型火山爆发一样被注入大气高层，影响地球大气吸收和反射阳光的方式。火灾释放的气溶胶可持续数月，改变平流层成分。传送至极地后，它们会影响南极臭氧层、修改云和反照率，加快冰雪融化，重塑极地气候反馈。

科学家估计，全球每年会出现数十至数百次这类风暴，而且随着野火越来越猛烈，数量未来还会持续增加。此前没能将这些风暴纳入地球系统模型，严重限制了我们理解其对全球气候的影响。

研究团队还包括劳伦斯利弗莫尔国家实验室、加州大学欧文分校和太平洋西北国家实验室的科学家。他们突破性成果依靠美国能源部的能源极限地球系统模型（E3SM），成功捕捉了野火与大气的复杂互动。

“我们的团队开发出一种新型野火—地球系统建模框架，将高分辨率的野火排放、一维烟羽上升模型、野火驱动的水汽输运整合进能源部先进的地球系统模型，”柯子明称，“这一突破推动了极端灾害的高分辨率建模，有助于提升国家应灾能力，并为未来区域和全球范围内对这些风暴的进一步探究奠定框架。”

编译自/scitechdaily