自然界中的閃電通常發(fā)生于強烈起電的雷暴云內(nèi)或云與大地之間，起始于所謂的“先導”過程的發(fā)展和傳播。先導以擊穿空氣的形式為隨后強烈的閃電放電過程提供電離通道，其發(fā)展傳輸?shù)奈锢磉^程和機制是閃電物理學習的關(guān)鍵問題。但由于閃電具有的瞬時性和隨機性，以及先導快速傳播過程的微弱光輻射和電磁輻射，對先導的探測存在較大難度，國際上提出的閃電物理學習十大難題中，就有四個與先導過程直接相關(guān)。 基于火箭-拖線技術(shù)的山東沾化人工引雷實驗自2005年夏季開始持續(xù)開展，最近中國科學院大氣物理學習所中層大氣和全球環(huán)境探測重點實驗室學習員郄秀書和副學習員蔣如斌等，在國家“973”項目和國家自然科學基金重點項目等支持下，通過自主研發(fā)高時空分辨率閃電探測和動態(tài)定位設備，開展有針對性的科學觀測，獲取人工引發(fā)閃電和自然閃電放電電流、高速光學和電磁場等高分辨率綜合同步資料，在國際上首次發(fā)現(xiàn)了沿已擊穿人工引雷放電通道中同時沿兩個相反方向發(fā)展的雙向先導過程，類似一種所謂的雙向“反沖先導”，但其極性與傳統(tǒng)的反沖先導相反，從而拓展了對這一先導類型的認識。通常，人工引雷所引發(fā)的閃電為負極性，除上世紀我國前輩科學家在內(nèi)陸高原地區(qū)特殊雷暴電荷結(jié)構(gòu)條件下引發(fā)的正極性閃電外，人工引發(fā)正閃在國際上比較罕見。近來，學習團隊在山東人工引發(fā)閃電實驗中，成功引發(fā)了兩例正極性閃電和三例雙極性閃電。基于寶貴的觀測資料，學習得到了相應的上行負極性先導過程的起始電流、脈沖波形、梯級電荷量等重要物理參量，并揭示了負極性先導初始階段的多分叉和梯級形成過程。 學習團隊通過精心設計觀測方案，還獲得了每秒高達15-18萬幅的閃電先導發(fā)展圖像，最近在科學報告（Scientific Reports）上發(fā)表的文章，清晰闡釋了閃電通道分叉和蜿蜒曲折的根源：負先導前方多個“空間先導”集簇出現(xiàn)，空間先導與先導主通道依次連接并持續(xù)發(fā)展，從而導致了閃電眾多分支通道的同時傳播并蜿蜒前行，學習定量給出了空間先導發(fā)展方向的概率密度分布。另外，團隊還通過高塔閃電觀測，首次揭示了正先導在自持傳輸階段的梯級跳躍式發(fā)展傳輸特征，并提出了與負先導梯級機制不同的“頭部電荷聚集—跳躍—停頓”的正先導梯級形成機制，更新了正先導連續(xù)傳輸?shù)膫鹘y(tǒng)認識。 上述系列學習成果近期發(fā)表在Journal of Geophysical Research，Geophysical Research Letters，Scientific Reports 等期刊上。 論文信息： 1. Qie X.， Y. Pu， R. Jiang， Z. Sun， M. Liu， H. Zhang， X. Li， G. Lu， and Y. Tian (2017)， Bidirectional leader development in a preexisting channel as observed in rocket-triggered lightning flashes， J. Geophys. Res. Atmos.， 122， 586-599， doi:10.1002/ 2016JD025224. 2. Jiang R. X. Qie， H. Zhang， M. Liu， Z. Sun， G. Lu， Z. Wang， and Y. Wang (2017)， Channel branching and zigzagging in negative cloud-to-ground lightning， Sci. Rep.， 7:3457， DOI:10.1038/s41598-017-03686-w. 3. Pu， Y.， R. Jiang， X. Qie， M. Liu， H. Zhang， Y. Fan， and X. Wu (2017)， Upward negative leaders in positive triggered lightning: Stepping and branching in the initial stage， Geophys. Res. Lett.， 44， doi:10.1002/2017GL074228. 4. Wang Z.， X. Qie， R. Jiang， C. Wang， G. Lu， Z. Sun， M. Liu， and Y. Pu (2016)， High speed video observation of stepwise propagation of a natural upward positive leader， J. Geophys. Res. Atmos.， 121， 14，307-14，315， doi:10.1002/2016JD025605. 論文鏈接：1 2 3 4
