大氣所揭示罕見的閃電正地閃多回擊特徵和產生機制

2020-08-18 石墨烯聯盟


　　自然界的閃電一般分為發生在雲中的雲閃（約佔全部閃電的2/3）和擊中地面的地閃（約佔全部閃電的1/3）。正極性地閃將雲中的正電荷釋放至地面，僅佔所有地閃的約10%，雖然發生比例較低，但是正地閃的電流強度大、對地轉移電荷量高，不僅對所擊中的地面目標物造成強烈破壞，還會誘發地面高建築物形成上行閃電，更有可能激發中高層大氣（40-90 km）瞬態放電事件，是一種高影響閃電類型，絕大多數正地閃只包含一次回擊（強烈電流閃擊）過程。由於正地閃發展傳輸過程中，其先導產生的電磁輻射信號難以識別，高時空解析度探測資料比較有限，因此對其發生機制的認識一直比較模糊。

　　多回擊正地閃非常罕見，國際上對其形成原因多停留在猜測階段。大氣所袁善鋒博士、柴秀書研究員、蔣如斌副研究員等，利用自主建立的北京閃電網（Beijing Lightning Network，BLNET）多站快電場變化儀對閃電放電過程的輻射源進行了三維高解析度的精細定位，成功獲得並精細刻畫了閃電通道在雲內的動態發展演變，結合高速光學等觀測手段，對發生於北京夏季強對流系統發展後期的一例罕見的三回擊正地閃進行了詳細研究，分析發現正地閃先後產生的三次正回擊過程具有完全不同的擊地點，相鄰回擊之間的時間間隔為85毫秒和222毫秒，不同擊地點之間的水平距離在4-8公裡範圍。三次回擊之間通過雲內水平發展的負先導通道建立聯繫，回擊點位置處於負先導正下方。常規理解認為正地閃由雲內雙向先導的下端正先導分叉接地所產生，而新的研究結果則澄清了下行正先導可以從熄滅的負先導通道或者正在發展中的負先導通道相反端始發，最終接地形成正回擊，從而深化了對正地閃形成原因的具體認識，也表明正、負先導之間的相互聯繫和轉化對於閃電發展傳輸和放電行為可產生重要影響，為進一步揭示不同類型閃電的放電機理和物理效應異同提供了新的思路。

　　該文章已發表在Journal of Geophysical Research: Atmospheres上。該工作得到國家自然科學基金重點項目和中以合作項目，以及中科院前沿科學重點研究項目的資助。

圖1. 利用北京閃電網（BLNET）進行閃電輻射源三維定位重構刻畫的正地閃詳細發展過程。輻射源的發生時間以深藍色到深紅色漸變表示，黑色十字表示三次正回擊的位置。

圖2 具有不同回擊點的多回擊正地閃的形成機制概念圖。紅色實線表示發展中的正先導，藍色實線表示發展中的負先導，虛線表示先導通道的熄滅。

來源： 大氣物理研究所

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