近日，中国科大地球和空间科学学院大气科学专业陆高鹏教授联合中科院大气物理研究所张鸿波博士和中科院高能物理研究所熊少林研究员，利用在马来西亚技术大学（位于马来西亚马六甲地区）校园架设的低频磁场测量数据，在国际地学著名期刊《Geophysical Research Letters》(IF=4.58)发表了题为“On the terrestrial gamma-ray flashes preceding narrow bipolarevents produced in tropical thunderstorms”的研究论文。
地球伽马射线闪(terrestrial gamma-ray flashes,TGFs)是源于地球低层大气短暂速(≤1 ms)而强烈(>40MeV)的高能光子爆发，与对流层闪电和雷暴具有密切的关系，也很有可能与闪电始发等基础问题有关，是当前大气和空间电学领域共同关注的国际前沿科学问题。已有研究表明卫星观测的上行TGF通常与云闪的上行负先导过程相关。零星个例报道TGF发生于NBE（特殊云内放电过程，孤立发生或作为闪电起始过程）之前，但TGF与NBE的关系到底是怎样的？该领先关系是否具有普适性？由于观测数据的缺乏，目前尚不清楚。针对这一问题，研究团队利用2017-2020年期间闪电近地空间效应研究平台不同站点记录的低频磁场信号和我国第一个空间天文望远镜慧眼卫星(Insight‐HXMT)、美国GBM-Fermi卫星捕捉到的TGF事件作了综合分析。因此这是首次利用慧眼卫星数据进行闪电高能辐射相关研究，研究者首先利用TGF与云内大脉冲(energetic in-cloud pulse, EIP)的时间同步性验证了各使用数据的时间可靠性，证实了慧眼卫星的数据时间精度优于100 μs(如图1所示)。
图1 (a) 领先NBE发生的TGF事件空间分布; (b-c)闪电近地空间效应研究平台马六甲测站附近观测到的两个近距离TGF事件，其与云内大脉冲放电过程(energetic in-cloud pulse,EIP) 同步发生，其中图b中个例由中国第一颗空间天文卫星“慧眼”硬X射线调制望远镜(Insight-HXMT)所探测。
在此基础上，研究团队对观测期间获取的200多例TGF事件逐一进行分析，共获得了9例与NBE相关的TGF事件，其中7例与正NBE相关，2例与负NBE相关。分析发现：TGF均领先于NBE发生，提前时间为0.06-13.5 ms；其对应的低频磁场信号附近只有NBE，无其他闪电信号。相比同EIP相关的TGF而言，新发现的这类型TGF包含更多的光子，持续时间长，且其能谱较硬。结果表明这类TGF是由大尺度的背景雷暴强电场作用产生，不需要雷电放电过程，支持逃逸击穿正反馈机制，而TGF可能为后续发生的NBE提供了有利条件。
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
本论文的第一作者为中科院大气物理研究所的张鸿波博士，通讯作者为中国科大地球和空间科学学院的陆高鹏教授。目前张鸿波博士和陆高鹏教授正在开展进一步合作，对美国GBM-Fermi卫星、欧洲航空局大气-空间相互作用监测仪(ASIM)、中国“慧眼”硬X射线调制望远镜(Insight‐HXMT)及引力波暴高能电磁对应体全天监测器卫星(GECAM)等多个空间平台探测的TGF继续进行深入研究，利用观测平台和设备的优势，通过开展更多近距离的TGF综合探测和研究，进一步认识TGF与闪电、雷暴的相互关系及其产生机理。
以上研究成果对进一步认识对流层雷暴对临近空间的瞬态电磁效应具有重要意义，同时也有助于理解雷暴云内的闪电始发机制及双极性窄脉冲、云闪初始阶段大脉冲事件的物理机制。该研究受到国家重点研发计划项目课题“雷暴云起放电过程的立体协同精细化观测”(2017YFC1501501)、基金委卫星联合基金项目“基于硬X射线调制望远镜(HXMT)的地球伽玛闪母体闪电及雷暴特征研究”(U1938115)、基金委青年科学基金(41805004)等的资助。
全文链接：, , , , , , et al. (2021). On the Terrestrial Gamma‐ray Flashes preceding narrow bipolarevents. Geophys. Res. Lett., 48, e2020GL092160. https://doi.org/10.1029/2020GL092160.
撰稿:石涛