科研进展

GRL: 产生正极性地闪的一种新机制—负极性闪电通道的侧向放电

  闪电是夏季频发的天气灾害,一般认为闪电在云内正、负电荷区之间的强电场区始发,以双向发展的先导形式发展传输:正先导携带正电荷向负电荷区发展,而携带负电荷的负先导向正电荷区发展。通常,超过2/3的闪电不会发展到地面,称为云闪,少于1/3的闪电会击中地面,称为地闪。如果正先导发展到地面,将形成正地闪,反之负先导发展到地面,则形成负地闪。正地闪可以在雷暴云的前部对流区始发,上百毫秒以后,在后部几十公里的层云区产生回击,然而以正先导1-3×104m/s的特征速度无法解释该过程,目前,对这种云闪始发正地闪的物理机制尚不清晰,一般认为是负先导的截断导致了下行正先导的始发。

  最近,大气所袁善锋博士和蒋如斌副研究员等,利用高速光学相机探测到负极性闪电通道出现的两种侧向正极性放电:(1)熄灭负先导分叉的重新激活,(2)击穿空气发展的下行正先导。结合自主建立的北京闪电网(BLNET)对本次正地闪过程云内正、负先导的动态发展进行三维精细定位发现:熄灭负先导分叉产生重新击穿,且击穿极性发生了反转,这种侧向放电的发生会促进负先导的进一步发展。在合适的条件下,负先导侧面会产生下行正先导,刚出现时亮度较暗,在向下击穿空气发展的过程中逐渐增强,接地形成正地闪。
  该工作的创新性在于,发现了负先导熄灭分叉的激活对于负先导发展的促进作用,并且澄清了下行正先导的始发与负先导的截断没有直接联系。
  该工作得到国家自然科学基金重点项目(41630425)和青年科学基金(42005073),以及中科院特别研究助理资助项目的资助。
  文章信息
  Yuan, Shanfeng, Jiang, Rubin*, Qie, Xiushu, & Wang, Dongfang (2021). Side discharges from the active negative leaders in a positive cloud-to-ground lightning flash. Geophysical Research Letters, 48, e2021GL094127. https://doi.org/10.1029/2021GL094127
图1正地闪产生的电场变化和辐射源定位结果,(c)中红、蓝箭头分别指出了正、负先导的发展方向,灰色实线是相机视角,(d)负先导发展速度2.3×105m/s,正先导发展速度1.8×104m/s。
图2 负先导分叉重新击穿对应的光学演变和产生的多频段电场变化。(d-h)和(n-r)两次重新击穿的负先导分叉,(i-m)和(s-w)对应其左侧图像相将比前一帧的亮度增强情况。
 

 

  

 

 

  

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