天 – 地协同观测揭示地球伽马射线闪与对流层闪电的相互关系

IT大王 5 月 19 日消息 据中国科学院网站，地球伽马射线闪（Terrestrial Gamma-Ray Flash，TGF）是起源于地球大气快速（≤1 ms）而强烈（>40 MeV）的高能光子爆发，与对流层闪电和雷暴关系密切。

中国科学院大气物理研究所闪电研究团队博士后张鸿波联合中国科学技术大学教授陆高鹏等，利用团队自主发展的闪电近地空间效应研究平台观测资料，以及我国空间天文望远镜慧眼卫星（Insight-HXMT）、美国费米伽马射线空间望远镜（Fermi Gamma-ray Space Telescope）探测，对亚洲地区 TGF 开展系统性研究（Lu, Zhang et al., 2019, JASTP）。

据介绍，研究人员首次提出赤道地区 TGF 对应闪电的低频磁场信号特征，并发现迄今为止距离 TGF 卫星观测最接近的闪电信号（<28 km）；利用自主建立的闪电脉冲单站三维定位算法（Zhang et al., 2016, JASTP），进一步发现 TGF 发生于云闪的负极性先导向上发展期间（闪电起始后约 3 ms、负先导向上发展了约 2 km），对应云闪最强的放电脉冲（类型 I，图 1）（Zhang et al., 2020, GRL）。

▲图 1. 赤道地区一次地球伽马射线闪（TGF，图中绿色三角标识）的光子信号（粉色曲线）及其对应的云闪上行负先导的低频磁场信号（蓝色曲线）和发生高度（黑色 ×）（Zhang et al., 2020, GRL）| 图自中国科学院，下同

此外，研究团队还总结发现了一类特殊的 TGF（类型 II，图 2-3），其特征明显区别于类型 I。这类型 TGF 包含更多的光子，持续时间长，且能谱较硬。其对应的低频磁场信号附近只有孤立发生或可作为闪电起始的特殊云内放电过程 —— 双极性窄脉冲（Narrow Bipolar Event，NBE），无其他闪电信号。TGF 均领先于 NBE 发生（0.06-13.5 ms），其中 7 例与正 NBE 相关，2 例与负 NBE 相关。

▲图 2. 新发现的一类领先于特殊云闪 —— 双极性窄脉冲（NBE）发生的 TGF（Zhang et al., 2021, GRL）

▲图 3. 中国慧眼 Insight-HXMT 和美国 Fermi 卫星探测的在一次雷暴过程中连续发生，但隶属于不同类型的两个 TGF 的天 – 地协同观测结果（Zhang et al., 2021, GRL）

研究表明，这类 TGF 主要由大尺度的背景雷暴强电场作用产生，不需要闪电放电过程，支持逃逸击穿正反馈机制；TGF 可能为后续发生的 NBE 提供了有利条件（Zhang et al., 2021, GRL）。

IT大王了解到，以上成果发表分别在 Geophysical Research Letters、《中国科学》、Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics 上。

论文链接：1、2、3、4、5