传感器数据揭示云层中强闪电的奥秘

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洛斯阿拉莫斯国家实验室（Los Alamos National Laboratory）的一支研究团队近期发现，闪电中两个极高频无线电脉冲的强度差异，与闪电在云层中的高度密切相关 —— 这一发现为揭示闪电能量的辐射方式提供了重要线索，进而有助于深入理解一种特定类型强云内闪电的触发机制。

为得出这一结论，洛斯阿拉莫斯团队借助机器学习技术，收集了迄今为止规模最大的 “跨电离层脉冲对”（Trans-Ionospheric Pulse Pairs，简称 TIPPs）数据集。TIPPs 是由闪电产生的极高频无线电信号。该团队通过地球静止轨道卫星上搭载的自主研发射频传感器，观测到了超过 7.6 万个 TIPPs，并将其与地面观测到的闪电数据进行了匹配。（据估算，射频传感器探测到的闪电事件中，约 95% 为 TIPPs，其余则为云对地闪电放电现象。）

“长期以来，我们已知 TIPPs 的第一个脉冲源于闪电信号穿透电离层后直接到达卫星，而第二个脉冲则是信号经地球表面反射后再传至卫星产生的，” 洛斯阿拉莫斯国家实验室研究科学家、该研究的实验室主导作者艾琳莱（Erin Lay）表示。该研究成果已发表于《地球物理研究期刊：大气》（Journal of Geophysical Research: Atmospheres）。

“有时第二个脉冲的强度会超过第一个，但我们此前并不清楚背后的原因。此次研究表明，这种强度差异是由闪电在云层中的高度，以及闪电相对于卫星的仰角共同决定的。”

该研究还提供了额外证据，证实 TIPPs 是 “致密云内放电”（compact intracloud discharges）在太空中的特征信号。致密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。

此外，这个包含 7.6 万个 TIPPs 的新型大型数据库，还有望进一步提升 “全球闪电测绘仪”（Global Lightning Mapper，简称 GLM）数据的精准度。莱指出，美国国家海洋和大气管理局（NOAA）GOES-R 系列卫星上搭载的 GLM 仪器，与同卫星部署的 “先进基线成像仪”（Advanced Baseline Imager）协同工作，能为研究人员提供云层高度的估算值。

“我们的观测数据可能会让云层对流区域高度的实时测量变得更加精确，进而帮助研究人员验证其数据的可靠性，” 莱说，“例如，当 TIPPs 显示的高度出现快速跃升时，这一数据可以提示研究人员，风暴的对流活动可能正在发生剧烈变化。”

更多信息：N. A. 派洛尔（N. A. Pailoor）等，《跨电离层脉冲对的统计分析及其特征推断》，《地球物理研究期刊：大气》（2025 年）。DOI：10.1029/2025JD043403

期刊信息：《地球物理研究期刊 - 大气》（Journal of Geophysical Research - Atmospheres）

本文由洛斯阿拉莫斯国家实验室提供

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