蔣如斌等-GRL:?空中引雷揭示閃電雙向先導(dǎo)驅(qū)動機制

文章來源：中國科學(xué)院大氣物理研究所

閃電先導(dǎo)作為構(gòu)建閃電放電通道的基礎(chǔ)過程，不僅是理解閃電起始與傳輸機制、認(rèn)識其物理化學(xué)效應(yīng)的關(guān)鍵，也是實現(xiàn)對閃電活動進行人工影響和干預(yù)的前提。已有研究表明，雙向先導(dǎo)是最基本的閃電先導(dǎo)行為模式，表現(xiàn)為正、負極性先導(dǎo)通道在強電場作用下同時朝相反方向延伸。然而，受觀測手段的限制，以往研究大多只能對單一極性的先導(dǎo)過程開展觀測，導(dǎo)致對雙向先導(dǎo)系統(tǒng)中正、負先導(dǎo)行為特征與驅(qū)動機制的認(rèn)識一直比較模糊。

空中引雷技術(shù)能夠在強電場環(huán)境中人為構(gòu)建雙向先導(dǎo)系統(tǒng)，為揭示正、負先導(dǎo)的起始與演化規(guī)律提供了理想條件。中國科學(xué)院大氣物理研究所雷電與強對流研究團隊基于山東人工引雷實驗平臺（SHATLE），在面向信號塔防護測試的引雷實驗中，設(shè)計了空中引雷閃擊信號塔的周密方案，并成功在正、負不同極性的環(huán)境電場中引發(fā)了閃電。結(jié)合獲取的第一手觀測資料和電磁模擬仿真，研究發(fā)現(xiàn)，無論環(huán)境電場方向如何，正先導(dǎo)總是率先起始，且正、負先導(dǎo)起始所需的電場閾值差異，遠大于引雷導(dǎo)線兩端的電場畸變差異。空中引雷閃擊信號塔時，引雷導(dǎo)線底部與塔頂之間的連接過程會產(chǎn)生電流脈沖，該脈沖向引雷導(dǎo)線頂端快速注入電荷并增強局部電場，使其瞬間超過負先導(dǎo)的啟動閾值。該成果闡明了不同極性空中引雷中雙向先導(dǎo)的啟動順序與激勵增強機制，也為人為激發(fā)負先導(dǎo)提供了新的思路。

圖1. 正極性（左）、負極性（右）空中引雷先導(dǎo)起始階段的通道演化及電場變化

圖2. 提高正極性閃電引發(fā)效率的空中引雷改進方法示意圖：在常規(guī)空中引雷的下方，數(shù)十米導(dǎo)線（或高塔）接地增強電場畸變，約十米尼龍線為連接過程創(chuàng)造間隙。

基于取得的新認(rèn)識，研究團隊提出了一種部署在高塔或長金屬導(dǎo)線上方的空中引雷改進方法，有望顯著提升正極性人工引雷的效率。此前，在低海拔地區(qū)實現(xiàn)正極性人工引雷一度被視為極具挑戰(zhàn)的技術(shù)難題。

該研究成果發(fā)表在《Geophysical Research Letters》上，論文第一作者為中國科學(xué)院大氣物理研究所博士生陳睿凌，通訊作者為蔣如斌研究員，合作者包括郄秀書研究員、孫竹玲副研究員、張鴻波副研究員、劉明遠高級工程師等。研究得到國家自然科學(xué)基金優(yōu)秀青年基金、重點基金（42322505, 42230609）和中國科學(xué)院基礎(chǔ)與交叉前沿科研先導(dǎo)專項（課題號：XDB0760402）的資助。

【論文鏈接】

Chen R, Jiang R.*, Sun Z., Zhang H., Liu M., Liu Z., Xia Z., Gu S. Qie X. (2025), Comparative Study of Upward Leader Inception During the Initial Stage of Negative and Positive Altitude-Triggered Lightning, Geophys. Res. Lett., 52, e2025GL119235. https://doi.org/10.1029/2025GL119235