蔣如斌等-GRL:?空中引雷揭示閃電雙向先導驅動機制

文章來源：中國科學院大氣物理研究所

閃電先導作為構建閃電放電通道的基礎過程，不僅是理解閃電起始與傳輸機制、認識其物理化學效應的關鍵，也是實現對閃電活動進行人工影響和干預的前提。已有研究表明，雙向先導是最基本的閃電先導行為模式，表現為正、負極性先導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過程開展觀測，導致對雙向先導系統中正、負先導行為特征與驅動機制的認識一直比較模糊。

空中引雷技術能夠在強電場環境中人為構建雙向先導系統，為揭示正、負先導的起始與演化規律提供了理想條件。中國科學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、負不同極性的環境電場中引發了閃電。結合獲取的第一手觀測資料和電磁模擬仿真，研究發現，無論環境電場方向如何，正先導總是率先起始，且正、負先導起始所需的電場閾值差異，遠大于引雷導線兩端的電場畸變差異。空中引雷閃擊信號塔時，引雷導線底部與塔頂之間的連接過程會產生電流脈沖，該脈沖向引雷導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的啟動閾值。該成果闡明了不同極性空中引雷中雙向先導的啟動順序與激勵增強機制，也為人為激發負先導提供了新的思路。

圖1. 正極性（左）、負極性（右）空中引雷先導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效率的空中引雷改進方法示意圖：在常規空中引雷的下方，數十米導線（或高塔）接地增強電場畸變，約十米尼龍線為連接過程創造間隙。

基于取得的新認識，研究團隊提出了一種部署在高塔或長金屬導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，在低海拔地區實現正極性人工引雷一度被視為極具挑戰的技術難題。

該研究成果發表在《Geophysical Research Letters》上，論文第一作者為中國科學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基金優秀青年基金、重點基金（42322505, 42230609）和中國科學院基礎與交叉前沿科研先導專項（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