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                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

                2021-05-17 大气物理研究所
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                  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,并可能涉及闪≡电始发等基础问题,是当前大气和空间电学、高能物理等领域的前沿科学热点。然而,由于TGF的高能光子在传播过程中被大气吸收而迅速衰减,加上其发生频⊙次低、位置随机,对其有效探测一度面临困难,因而目前对于TGF的物理特征和产生机制仍有问题亟待利ξ 用卫星、地面等手段和高质量资料予以澄清。

                  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)。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)。
                  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。研究表明,这类TGF主要卐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)。
                  以上成果◣发表分别在Geophysical Research Letters、《中国科学》、Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics上。研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金等的资助。  
                  论文链接:12345
                  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Ψ 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
                打印 责任编辑:侯茜

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