沙尘气溶胶能够作为云凝结核（CCN）和冰核（IN）参与对流的演变过程，但由于气溶胶—云—起电之间的相互作用尚未被完全理解，沙尘如何影响起电机制和电荷结构演化特征仍然不清楚。中国科学院大气物理研究所强对流与雷电研究团队，开展了针对沙尘气溶胶对雷暴对流结构和闪电活动特征影响机制的研究。

研究团队通过在WRF模式Thompson Hail/Graupel/Aerosol微物理方案的基础上，加入起电和放电参数化方案，并考虑沙尘气溶胶对雷暴动力、微物理和电过程的影响，建立了Thompson方案下的中尺度雷暴云起电-放电模式。基于Thompson起电模式和MERRA-2气溶胶再分析数据，研究了沙尘气溶胶作为CCN和IN对一次罕见的沙尘背景下触发的强对流天气系统的微物理、电荷结构和闪电活动的单独及协同影响。四组敏感性试验的结果表明：CCN浓度升高增加了云滴的质量含量和数浓度，而高IN则显著放大了冰晶和雪聚合体的浓度。CCN与IN的协同效应导致了水凝物含量和相态的改变：CCN增加降低了因混合相态水含量增加而导致的非感应起电极性反转阈值，高IN则提高了冰—霰碰撞的电荷分离效率。在无沙尘情形下，雷暴的电荷结构为经典三极性分布，随着沙尘气溶胶含量增加转变为四极性电荷结构，从而有利于正地闪（+CG）的产生。

本研究构建的Thompson Hail/Graupel/Aerosol起-放电雷暴云模式，引入沙尘气溶胶作为CCN和IN的作用，从而能够在WRF框架下同时刻画气溶胶—云微物理—起电—放电的耦合过程，研究结果可用于改进沙尘天气下雷暴活动的预报预警思路，并为模式中气溶胶—起电参数化的业务应用提供参考。

该研究结果以“Dust aerosol effects on charge structure and lightning activity of a continental thunderstorm: A modeling study with Thompson‐electrification scheme”为题发表在Journal of Geophysical Research: Atmospheres上，论文第一作者为刘冬霞副研究员，通讯作者为郄秀书研究员。本研究得到了中国科学院先导项目(XDB0760300)，国家自然科学基金重点项目（42230609）以及国家重大科技基础设施“地球系统数值模拟装置”（https://cstr.cn/31134.02.EL）的共同支持。

文章信息：

Liu, D., Sun, C., Qie, X., Xiao, X., and Jiang, R., 2026: Dust aerosol effects on charge structure and lightning activity of a continental thunderstorm: A modeling study with Thompson-electrification scheme. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 131, e2026JD047004. https://doi.org/10.1029/2026JD047004.

图1. 不同敏感试验中雷暴成熟阶段电荷密度（单位：nC m⁻³）的垂直剖面：(a)–(d) 灰线表示5 dBZ和35 dBZ雷达反射率廓线，蓝色虚线为环境温度，虚线为电场位置。(e) 四组试验成熟阶段电场的垂直分布

图2. 有无沙尘背景下雷暴电荷结构演变和不同类型的闪电放电示意图。(a)无沙尘背景下，（b）沙尘背景下。蓝色的“-” 和深红色 “+” 代表负电荷区和正电荷区红（蓝）代表闪电通道，黑色点线代表环境温度。