蒋如斌等-GRL: 空中引雷揭示闪电双向先导驱动机制

文章来源：中国科学院大气物理研究所

闪电先导作为构建闪电放电通道的基础过程，不仅是理解闪电起始与传输机制、认识其物理化学效应的关键，也是实现对闪电活动进行人工影响和干预的前提。已有研究表明，双向先导是最基本的闪电先导行为模式，表现为正、负极性先导通道在强电场作用下同时朝相反方向延伸。然而，受观测手段的限制，以往研究大多只能对单一极性的先导过程开展观测，导致对双向先导系统中正、负先导行为特征与驱动机制的认识一直比较模糊。

空中引雷技术能够在强电场环境中人为构建双向先导系统，为揭示正、负先导的起始与演化规律提供了理想条件。中国科学院大气物理研究所雷电与强对流研究团队基于山东人工引雷实验平台（SHATLE），在面向信号塔防护测试的引雷实验中，设计了空中引雷闪击信号塔的周密方案，并成功在正、负不同极性的环境电场中引发了闪电。结合获取的第一手观测资料和电磁模拟仿真，研究发现，无论环境电场方向如何，正先导总是率先起始，且正、负先导起始所需的电场阈值差异，远大于引雷导线两端的电场畸变差异。空中引雷闪击信号塔时，引雷导线底部与塔顶之间的连接过程会产生电流脉冲，该脉冲向引雷导线顶端快速注入电荷并增强局部电场，使其瞬间超过负先导的启动阈值。该成果阐明了不同极性空中引雷中双向先导的启动顺序与激励增强机制，也为人为激发负先导提供了新的思路。

图1. 正极性（左）、负极性（右）空中引雷先导起始阶段的通道演化及电场变化

图2. 提高正极性闪电引发效率的空中引雷改进方法示意图：在常规空中引雷的下方，数十米导线（或高塔）接地增强电场畸变，约十米尼龙线为连接过程创造间隙。

基于取得的新认识，研究团队提出了一种部署在高塔或长金属导线上方的空中引雷改进方法，有望显著提升正极性人工引雷的效率。此前，在低海拔地区实现正极性人工引雷一度被视为极具挑战的技术难题。

该研究成果发表在《Geophysical Research Letters》上，论文第一作者为中国科学院大气物理研究所博士生陈睿凌，通讯作者为蒋如斌研究员，合作者包括郄秀书研究员、孙竹玲副研究员、张鸿波副研究员、刘明远高级工程师等。研究得到国家自然科学基金优秀青年基金、重点基金（42322505, 42230609）和中国科学院基础与交叉前沿科研先导专项（课题号：XDB0760402）的资助。

【论文链接】

Chen R, Jiang R.*, Sun Z., Zhang H., Liu M., Liu Z., Xia Z., Gu S. Qie X. (2025), Comparative Study of Upward Leader Inception During the Initial Stage of Negative and Positive Altitude-Triggered Lightning, Geophys. Res. Lett., 52, e2025GL119235. https://doi.org/10.1029/2025GL119235