我国科学家首次揭示雷暴云顶放电的光学特征

最新 11 月 19 日消息，据中国科大官网，近日，中国科学技术大学雷久侯、祝宝友和陆高鹏教授团队在雷暴云顶向上放电及多圈层耦合方面取得重要进展。他们基于自主发展的地基闪电观测阵列，结合国际空间站搭载的高时空分辨率光学观测资料，首次揭示了雷暴云顶放电的光学特征及其诱发的低电离层扰动特征。

最新了解到，相关研究成果于 11 月 17 日发表于国际学术期刊《自然・通讯》上。

据介绍，对流层闪电可以在临近空间区域（20-100 km）诱发绚丽的中高层大气放电现象（如图 1 所示），根据其始发位置不同可以分为雷暴云顶型（蓝色喷流和巨大喷流等）和低电离层型（红环和红色精灵）。了解雷暴如何直接影响中高层大气和电离层区域，对认识地球不同圈层之间的耦合过程具有重要意义。

▲ 图 1 中高层大气放电现象 | 图自中国科大官网，下同

已有大量观测表明低电离层型放电主要是由对流层内强闪电产生的电场激发，导致低电离层区域中性分子的电离和击穿效应。雷暴云顶型放电通常始发于雷暴过冲云顶和平流层区域，会显著影响对流层顶附近的温室气体含量。然而，受限于传统观测手段，缺乏高时空分辨率的立体协同观测资料，关于其现象学特征的认识严重不足。

科研团队基于自主研发的混合长基线天电阵列，结合搭载在国际空间站上的大气-空间相互作用光学探测器（ASIM），对雷暴过境期间发生在我国华南地区的强雷暴过程进行分析，首次发现了一类特殊的云顶放电信号负极性 NBE 总是伴随着蓝色 337 nm 光谱辐射，但不伴随着普通闪电的 777.4 nm 辐射（图 2），这一明显区别于普通闪电的光学特征表明 NBE 独特的流光发展特性，纠正了长期以来学术界关于 NBE 放电不发光的传统认知，为利用空间光学手段评估闪电类型和监测强对流提供了有力判别依据。通过对负 NBE 电信号及其伴随的蓝色光谱信号进一步分析，发现 NBE 峰值电流强度和蓝色光学信号峰值紧密相关。

▲ 图 2 云顶放电事件光谱成像以及伴随的负极性 NBE 电场波形

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41467-021-26914-4