传感器数据揭示云层中强闪电的奥秘

近日，洛斯阿拉莫斯国家实验室的研究团队通过一项新研究，为我们揭开了云层中强闪电的神秘面纱。该研究发现，闪电中两个甚高频无线电脉冲的强度差异，与闪电在云层中的高度存在密切关联 —— 这一发现不仅有助于理解闪电能量的辐射机制，更为探索一种特殊强云内闪电的形成过程提供了关键线索。

这项研究的突破，离不开对 “跨电离层脉冲对”（TIPPs）的深入分析。TIPPs 是闪电产生的一种甚高频无线电信号，而研究团队借助机器学习技术，收集到了迄今为止规模最大的 TIPPs 数据集：超过 76000 个 TIPPs 样本。这些数据来自洛斯阿拉莫斯实验室研发的射频传感器，该传感器搭载在地球同步轨道卫星上，同时与地面观测到的闪电进行了精准匹配。值得注意的是，在射频传感器检测到的闪电事件中，约 95% 都是 TIPPs，其余则为云对地闪电放电。

“长期以来，我们已知 TIPPs 的第一个脉冲是闪电信号直接穿过电离层到达卫星产生的，而第二个脉冲则是信号经地球表面反射后再抵达卫星的结果。” 该研究的主要作者、洛斯阿拉莫斯实验室的研究科学家艾琳・莱（Erin Lay）解释道，“但有时第二个脉冲会比第一个更强，其背后的原因却一直是个谜。而这项研究告诉我们，这种强度差异是由闪电在云层中的高度以及它相对卫星的仰角共同决定的。”

更重要的是，该研究进一步证实了 TIPPs 是 “紧凑云内放电” 在太空中的信号标志。紧凑云内放电是一种速度极快、持续时间极短的特殊云内闪电过程，属于强闪电的一种。这一关联的确认，让 TIPPs 成为研究这类强闪电的重要 “太空信使”。

此外，这个包含 76000 个 TIPPs 的大型数据库，还有望为全球闪电测绘仪（GLM）的数据增添更多细节。据艾琳・莱介绍，GLM 仪器搭载在美国国家海洋和大气管理局的 GOES-R 系列卫星上，与协同定位的先进基线成像仪配合，能为研究人员提供云层高度的估算信息。“我们的测量数据或许能让云层对流区域高度的时间监测更加精准，进而帮助他们验证自身数据。” 莱举例道，“比如，当 TIPPs 的高度出现快速跃升时，这可能意味着风暴的对流活动正在发生剧烈变化。”

目前，这项研究成果已发表在《地球物理研究杂志：大气》上。它不仅为闪电物理学研究开辟了新视角，更为气象监测领域提供了更精准的工具 —— 未来，借助 TIPPs 数据与 GLM 的结合，人类或许能更及时、更准确地捕捉风暴的动态，为应对极端天气增添一份保障。

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