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大气所揭示跳舞状红色精灵与对流层雷暴结构和闪电物理过程的关系

大气所揭示跳舞状红色精灵与对流层雷暴结构和闪电物理过程的关系

  红色精灵(sprite)是发生在雷暴云上方的一种中高层大气瞬态发光事件。在一次红色精灵发光事件中,如果后一幅图像中红色精灵的空间位置与前一幅相比有偏移,则通常被称为跳舞状红色精灵(就像在空中跳舞一样)。这类红色精灵持续时间一般较长,通常发生在较大的中尺度对流系统上方,其发生概率相对较少。跳舞状红色精灵与对流层雷暴结构和闪电物理过程有怎样的联系?

  中国科学院大气物理研究所中层大气与全球环境探测重点实验室副研究员杨静等,利用在山东地区获取的跳舞状红色精灵微光观测图像(图1)、地面多普勒雷达、闪电超低频电磁辐射( ultra-low frequency )、闪电甚低频(Very-low frequency)定位等多种同步观测数据,对上述问题开展了仔细研究,发现产生跳舞状红色精灵的母体闪电回击电流峰值并不大,仅为24 kA,而且,红色精灵簇(Sp1,Sp2幸运28和Sp3总体上称为红色精灵簇sprite cluster)并没有出现在母体闪电落地位置的正上方,其中红色精灵单体(sprite element)Sp3与母体闪电落地位置相比水平偏移至少在38 km以上(图2c)。

  通过仔细对比红色精灵单体出现的方位角与母体雷暴雷达回波结构,发现跳舞状红色精灵单体出现的高度可能与雷暴的雷达回波顶高有关,出现位置较高的红色精灵单体与较高的雷达回波顶高相对应(图2c)。超低频电磁辐射数据进一步表明,所有的红色精灵单体均出现在母体闪电的连续电流阶段(图3b),说明连续电流过程中转移的大量电荷在中高层大气中产生了一个较大电场,导致中高层大气电离进而产生光辐射,这也解释了为什么母体闪电回击电流峰值较小还能够诱发红色精灵的原因。

  上述成果近期被Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics接收。

  论文信幸运28息:Jing Yang, Gaopeng Lu, Li-Jou Lee et al. 2015: Long-delayed bright dancing sprite with large Horizontal displacement from its parent flash. J. Atmos. Terr. Phys., 129, doi:10.1016/j.jastp.2015.04.001.

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图1. 跳舞状红色精灵时空演变

图2. 产生跳舞状红色精灵的母体雷暴结构(a,b,c)和母体闪电放电模型(d)