中国科大揭示绿色幽灵的产生机制及其能量来源

近日，学院大气科学专业陆高鹏教授课题组在中高层放电现象的机制研究方面取得重要进展，成果以“On the Energy Source of Green Emissions in Ghost”为题，发表在地球科学领域知名期刊《Geophysical Research Letters》上。

Ghost（绿色幽灵）是近年来才被发现的一类中高层瞬态发光现象，通常出现在红色精灵或巨大喷流的顶部，在夜空中呈现短暂而微弱的绿色辉光。由于观测难度极大、发生频率极低，其物理机制尚不清楚。本研究基于6次高质量的地基光学观测事件，其中包括首次记录到的巨大喷流顶部ghost现象，开展研究。观测结果表明，巨大喷流顶部的ghost与红色精灵顶部的ghost具有类似的时空光变特性，即出现在距地面约87-95公里高度的夜间电离层底附近，持续时间约为500毫秒。

图1两个新ghost事件的地面观测视频截图及观测位置。（a）和（b）为完全发展的巨大喷流，其上部呈弥散特征，以及巨大喷流顶部的ghost；（c）和（d）为红色精灵和相关的ghost；（e）两次事件的观测者（红色方块）和母体雷暴（黑点）的位置；（f）和（g）为ghost现象观测时母体雷暴的雷达反射率图

本研究还通过建立3D FDTD模型及对视频影像中不同颜色的比值分析，首次定量估算触发ghost现象所需的最低约化电场强度约为108 Td。并且，ghost现象并非由单次强云地闪电直接触发，而更可能与多次连续闪电放电造成的电场累积效应有关。换言之，频繁的闪电活动可能在中高层大气逐步积累足够强的电场条件，最终发生这一神秘的绿色发光。

图2巨大喷流和红色精灵相关ghost现象示意图

这项研究不仅深化了对中高层大气瞬态发光现象的认识，也为理解雷暴如何调制对流层对流活动对低电离层状态的扰动提供了关键观测证据，其研究对于探索大气电学、空间天气以及地球-空间环境耦合过程具有重要意义。本专业博士毕业生黄欣（已入职聊城大学）和在读博士生蒙翥为论文共同第一作者，陆高鹏教授为通讯作者，刘非凡副教授也给予了详细指导。该研究得到国家自然科学基金重大项目，中国科学院稳定支持基础研究领域青年团队计划，CAS-BIC海外科教合作中心部署科研合作项目及中国子午工程的资助。

论文链接 https://doi.org/10.1029/2025GL118676