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- 傳感器數(shù)據(jù)揭示云層中強(qiáng)閃電的奧秘
- 來源：美國洛斯阿拉莫斯國家實(shí)驗(yàn)室 發(fā)表于 2025/8/28
圖片來源：Unsplash/CC0 公共領(lǐng)域
洛斯阿拉莫斯國家實(shí)驗(yàn)室（Los Alamos National Laboratory）的一支研究團(tuán)隊(duì)近期發(fā)現(xiàn)，閃電中兩個(gè)極高頻無線電脈沖的強(qiáng)度差異，與閃電在云層中的高度密切相關(guān) —— 這一發(fā)現(xiàn)為揭示閃電能量的輻射方式提供了重要線索，進(jìn)而有助于深入理解一種特定類型強(qiáng)云內(nèi)閃電的觸發(fā)機(jī)制。
為得出這一結(jié)論，洛斯阿拉莫斯團(tuán)隊(duì)借助機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，收集了迄今為止規(guī)模最大的 “跨電離層脈沖對”（Trans-Ionospheric Pulse Pairs，簡稱 TIPPs）數(shù)據(jù)集。TIPPs 是由閃電產(chǎn)生的極高頻無線電信號。該團(tuán)隊(duì)通過地球靜止軌道衛(wèi)星上搭載的自主研發(fā)射頻傳感器，觀測到了超過 7.6 萬個(gè) TIPPs，并將其與地面觀測到的閃電數(shù)據(jù)進(jìn)行了匹配。（據(jù)估算，射頻傳感器探測到的閃電事件中，約 95% 為 TIPPs，其余則為云對地閃電放電現(xiàn)象。）
“長期以來，我們已知 TIPPs 的第一個(gè)脈沖源于閃電信號穿透電離層后直接到達(dá)衛(wèi)星，而第二個(gè)脈沖則是信號經(jīng)地球表面反射后再傳至衛(wèi)星產(chǎn)生的，” 洛斯阿拉莫斯國家實(shí)驗(yàn)室研究科學(xué)家、該研究的實(shí)驗(yàn)室主導(dǎo)作者艾琳萊（Erin Lay）表示。該研究成果已發(fā)表于《地球物理研究期刊：大氣》（Journal of Geophysical Research: Atmospheres）。
“有時(shí)第二個(gè)脈沖的強(qiáng)度會(huì)超過第一個(gè)，但我們此前并不清楚背后的原因。此次研究表明，這種強(qiáng)度差異是由閃電在云層中的高度，以及閃電相對于衛(wèi)星的仰角共同決定的。”
該研究還提供了額外證據(jù)，證實(shí) TIPPs 是 “致密云內(nèi)放電”（compact intracloud discharges）在太空中的特征信號。致密云內(nèi)放電是一種速度極快、持續(xù)時(shí)間極短的特殊云內(nèi)閃電過程。
此外，這個(gè)包含 7.6 萬個(gè) TIPPs 的新型大型數(shù)據(jù)庫，還有望進(jìn)一步提升 “全球閃電測繪儀”（Global Lightning Mapper，簡稱 GLM）數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度。萊指出，美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）GOES-R 系列衛(wèi)星上搭載的 GLM 儀器，與同衛(wèi)星部署的 “先進(jìn)基線成像儀”（Advanced Baseline Imager）協(xié)同工作，能為研究人員提供云層高度的估算值。
“我們的觀測數(shù)據(jù)可能會(huì)讓云層對流區(qū)域高度的實(shí)時(shí)測量變得更加精確，進(jìn)而幫助研究人員驗(yàn)證其數(shù)據(jù)的可靠性，” 萊說，“例如，當(dāng) TIPPs 顯示的高度出現(xiàn)快速躍升時(shí)，這一數(shù)據(jù)可以提示研究人員，風(fēng)暴的對流活動(dòng)可能正在發(fā)生劇烈變化�！�
更多信息：N. A. 派洛爾（N. A. Pailoor）等，《跨電離層脈沖對的統(tǒng)計(jì)分析及其特征推斷》，《地球物理研究期刊：大氣》（2025 年）。DOI：10.1029/2025JD043403
期刊信息：《地球物理研究期刊 - 大氣》（Journal of Geophysical Research - Atmospheres）
本文由洛斯阿拉莫斯國家實(shí)驗(yàn)室提供
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