基于公眾愛好者觀測數(shù)據(jù)的雷暴臨近空間陸高鵬gaopenglu@gplu@ustc.ed中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)地球和空間科學(xué)學(xué)院瞬態(tài)電磁效應(yīng)研究進(jìn)展8/4/2025

1July

30-August

1,2025@中國?大連n

無錫市“太湖人才”計(jì)劃

(2020年)n

無錫錫山東港鎮(zhèn)科技鎮(zhèn)長

(2022年)n

合肥第55中學(xué)科學(xué)副校長

(2024年)1998

200420092013

2016201920202023入學(xué)科大

赴美求學(xué)2025-8-42重返科大博后研究加入民盟優(yōu)青資助學(xué)科點(diǎn)長回國任職慧眼Insight-HXMT(Zhang

et

al.

[2020])熊少林研究員中科院高能所8/4/20253地球大氣層是什么樣的？2016年12月11日

，

中國在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射風(fēng)云四號地球靜止軌道氣象衛(wèi)星

，

其搭載的閃電成像儀使我國首次能夠在距離地球36000公里的太空對地球上的閃電進(jìn)行成像（每秒500張）

。2025-8-44地球同步軌道視角風(fēng)云四號A衛(wèi)星云內(nèi)閃電

0°CCourtesy:

MichaelStock云-地閃電+

+___++++

+

++++

+

+_

___

_8/4/20255_

da

Silva

and

Pasko

(2015)雷暴和閃電-40°C+-20°C_云-地閃電云內(nèi)閃電______

______

_

_

+n

對流層雷暴同中高層大氣的瞬態(tài)電磁耦合n

閃電對近地空間環(huán)境安全的影響n

中高層放電過程的物理、

化學(xué)效應(yīng)對流層中的閃電是如何影響近地空間環(huán)境的？

近地空間

γ閃電物理及其電磁輻射效應(yīng)8/4/20256中高層放電現(xiàn)象

(空間)地源伽馬脈沖

(天文)中高層大氣紅色精靈閃電

(大氣)對流層巨型噴流—

—

—++++++人工引雷-在地表大氣層中做放電物理實(shí)驗(yàn)2025-8-47中國氣象局從化人工引雷基地視頻由呂偉濤研究員提供?通道底部的電流測量?不同距離處的電磁場測量?高速光學(xué)及短基線甚高頻系統(tǒng)的閃電觀測?“電-高能-光-磁”綜合測量?地面多站的閃電成像觀測低頻磁場測量在人工雷電實(shí)驗(yàn)中的引用8/4/20258(Courtesy:

DongZheng)7:46:08,7

June

2011

慢天線高速相機(jī)、

LOTUS低頻磁天線引雷點(diǎn)

(30-78米)快天線電場儀主觀測點(diǎn)

(970米)短基線VHF系統(tǒng)低頻磁天線DL

750快天線慢天線

口1I18:58:33雷聲記錄2023年從化引雷基地觀測實(shí)驗(yàn)2022年城市觀測實(shí)驗(yàn)1847-1907的118個雷聲事件基于分布式光纖的量子雷電探測DAS成像ThunderRocketLauncher

I

ES

13

°2025-8-49光學(xué)記錄融合射頻磁場定向技術(shù)2025-8-4

10n

2025年2-4月份參加“向陽紅1號“南海航次科考n

海上雷暴短臨監(jiān)測測試和算法數(shù)據(jù)采集n

設(shè)備的高溫及海霧防護(hù)性能測試上海晨輝&中國科大聯(lián)合研制的智能雷暴儀四通道傳感器放大電路校園部署測試2025-8-4

11信號分析和采樣系統(tǒng)綠色點(diǎn)為雷電探測網(wǎng)結(jié)果2025年3月3日上海站點(diǎn)數(shù)據(jù)雷暴活躍階段雷暴生命周期的地表電場變化雷暴起電階段雷暴消散階段2025-8-4

12上海松江站合肥地區(qū)三維閃電定位網(wǎng)建設(shè)8/4/2025

13低頻磁場信號采集系統(tǒng)14ISUAL

(2003-2016)對流層雷暴驅(qū)動的地球系統(tǒng)圈層耦合過程研究雷電巨大噴流強(qiáng)對流紅色精靈

(2018-2024?)極光雷暴重力波及中高層放電現(xiàn)象CZ12火箭尾焰在200-300公里形成的火箭云互為補(bǔ)充高質(zhì)量觀測資料機(jī)理支撐+模式工具第五課題應(yīng)用(#42394120)中層大氣化學(xué)組分的協(xié)同探測新技術(shù)與新方法中科院大氣所

(卞建春)基金委重大項(xiàng)目“中高層大氣環(huán)境變異及天氣氣候致災(zāi)效應(yīng)”中高層大氣環(huán)境變異

及其天氣氣候致災(zāi)效應(yīng)致災(zāi)效應(yīng)+預(yù)報(bào)能力相關(guān)研究有非常廣泛的群眾基礎(chǔ)第二課題30-150

km

，擾動過程及效應(yīng)協(xié)同觀測+信號提取

+機(jī)理分析第一課題10-30

km

，化學(xué)組分天地空聯(lián)合+多站點(diǎn)聯(lián)合第三課題新特征、

新機(jī)制第四課題模式、

同化觀測及效應(yīng)研究中國科大

(陸高鵬)2025-8-4

15模擬手段中高層大氣擾動過程的協(xié)同互為支撐參數(shù)化方案+化學(xué)過程統(tǒng)計(jì)分析+

數(shù)值模擬數(shù)據(jù)支持理論支撐中高層放電現(xiàn)象

(瞬態(tài)發(fā)光事件)外延型

激發(fā)型由中國“精靈閃電”愛好者集體制作國際空間站于北京時間2021

年9月10日06:42:31在意大利半島上空觀測的紅色精靈2021年8月8日于非洲大陸上空拍攝8/4/2025

16“仰望1號”空間天文望遠(yuǎn)鏡看到的紅色精靈

5倍以上聲速

超高速飛行引起空氣電離放電

，成為電磁信號發(fā)射源伴隨著新一代航空器、

浮空器和亞軌道航天器等的發(fā)展

，

臨近空間正在成為開展高技術(shù)應(yīng)用和國防安全活動的新領(lǐng)域

，

運(yùn)載火箭、

人造衛(wèi)星、

載人飛船等航天器以及導(dǎo)彈武器的研究、

試驗(yàn)和應(yīng)用

，

都需要臨近空間氣象保障。為什么要研究中高層放電現(xiàn)象？臨近空間：

高度位于20公里到100公里之間的地球大氣層8/4/2025

17中高層放電現(xiàn)象的觀測

遠(yuǎn)處有活躍的雷暴

(300-600公里)

觀測點(diǎn)附近沒有遮擋視線的云層

，城市光污染較少

視線方向上空氣比較清新

，

星空可見8/4/2025

18兩位資深愛好者（張曉陽、

王晉）

的觀測視場8/4/2025

19QHY2020擬采用的低光度光學(xué)觀測設(shè)備8/4/202520QHY1920Neuromorphic

camera

，

即神經(jīng)形態(tài)相機(jī)

，

也被稱為事件相機(jī)

(

Event

camera)

、硅視網(wǎng)膜

(Silicon

retina)或動態(tài)視覺傳感器

(Dynamic

vision

sensor)

，是一種模仿人類視網(wǎng)膜將光轉(zhuǎn)化為電脈沖方式的成像傳感器。神經(jīng)形態(tài)相機(jī)的每個像素獨(dú)立且異步地工作

，僅在其感受到的光強(qiáng)發(fā)生變化時才會產(chǎn)生事件或脈沖

，

否則保持靜默。8/4/202521夜間的紅色精靈觀測2012年6月16日拍攝于美國堪薩斯州8/4/202522

感應(yīng)場

輻射場

靜電場感應(yīng)場輻射場放電尺度：

米量級→公里量級測量距離：

百米到公里→百公里到千公里放電時間尺度：

微秒→毫秒量級在四維空間等比例放大2025-8-4

23紅色精靈

(red

sprite)-雷暴上空的煙火紅色精靈地面

///

/2011July

16,08:35:32

UT

Bennett,Colorado回?fù)糁?毫秒拍攝距離：

237公里8/4/202524E光暈回?fù)糁?.5毫秒閃電對地電荷傳輸瞬態(tài)激發(fā)電場中高層大氣擊穿

后繼流光發(fā)展40公里高50公里寬Williamsetal.

[2001]+CG+++紅色精靈電離層DUKE-VLFDUKE-ULFOU-LFObtained

byWaterLyonswithsupportfrom

DARPA-NIMBUS

Program

多頻段磁場用于解析不同時間尺度的放電過程halo紅色精靈的高速光學(xué)觀測8/4/202525Ren,

Lu

et

al.

(2021GRL)Fullydevelopedsprite3.7

ms

after

strokeRecorded

at8000fps

by

Phantom

V7111.5

ms

after

stroke靜電場

感應(yīng)場

輻射場Ren,

Lu

et

al.

(2021)

在光暈的形成中占據(jù)主導(dǎo)地位亞毫秒級母體閃電-紅色精靈關(guān)聯(lián)性分析

紅色精靈自身電流形成的超低頻磁場信號8/4/202526

電流直接相關(guān)的感應(yīng)場分量Mean:+346

C

kmMean:+504

C

km

光暈的形成沒有明顯的母體閃

電極性依賴性

負(fù)極性紅色精靈的產(chǎn)生需要更

大的脈沖電荷矩空間平臺

(ISUAL)觀測個例

負(fù)極性光暈

同步寬頻磁場信號

(確定雷電極性與強(qiáng)度)8/4/202527負(fù)極性光暈&紅色精靈正極性光暈&紅色精靈Luet

al.

(2017)正極性光暈Mean:

-478C

kmMean:

-709C

km正極性紅色精靈負(fù)極性紅色精靈光暈紅色-正極性；

藍(lán)色-負(fù)極性負(fù)極性占比：

18%Lu

et

al.

(2017)紅色精靈/光暈在海陸地區(qū)的主導(dǎo)極性差異8/4/202528負(fù)極性占比：

75%Lu

et

al.

(2018)+

+

+

CGstrokePasko

et

al.

[1997]spriteTransient

E77777ionospherehaloGround

2004-2015年ISUAL空間觀測Chern

et

al.

(2015)

2016-2022年東亞地區(qū)地基觀測

30000余次中高層放電事件觀測

2016-2022年加勒比海地區(qū)地基觀測

北美地區(qū)同步射頻閃電信號數(shù)據(jù)Fundedby

DARPA-NIMBUSLu

et

al.

(2013)不斷擴(kuò)展的觀測數(shù)據(jù)集

2009-2013年北美地區(qū)地基觀測

2800余次中高層放電事件及同步閃電信號

負(fù)極性紅色精靈事件比例大約為0.2%8/4/202529Huang,

Lu*et

al.

(2018AAS)北緯26度線Lu*et

al.

(2022FES)王庸平等

(2021)Wang,

Lu*et

al.

(2021JGR)8/4/2025

30海陸地區(qū)雷暴中高層放電現(xiàn)象的對比研究nGround-based

observations

of

massive

TLEproduction

in

South

Asia

Huang,

Lu*

et

al.

(2025AAS)nAIidentificationofspatialdistribution

of

red

sprites

produced

by

positive/negativeCG

strokes

basedonn廣大愛好者與科學(xué)家共同參與n地基-空基聯(lián)合觀測結(jié)合地基閃電探測satellite

observations

Zhang,

Lu*

et

al.

(2022)Ren,

Lu*et

al.

(2021GRL) Huang,

Lu*et

al.

(2018GRL)Wang,

Lu*et

al.

(2021GRL)王庸平等

(2019)Wang,

Lu*et

al.

(2019EPP)ISUAL

(2003-2016)2008August0407:32:59

UThalosprites正極性紅色精靈負(fù)極性紅色精靈目前研究重點(diǎn)-負(fù)極性“紅色精靈”及其母體閃電、

雷暴8/4/202531Huang

et

al.

(2018),愛好者數(shù)據(jù)颶風(fēng)產(chǎn)生紅色精靈集中在外雨帶

，

并以正極性為主（類似陸地中尺度對流系統(tǒng)）海洋小單體雷暴

，

以產(chǎn)生正極性紅色精靈為主

(同“兩洋一海”赤道地區(qū)類似？)Wang

et

al.

(2021),愛好者數(shù)據(jù)熱帶風(fēng)暴主要產(chǎn)生負(fù)極性紅色精靈

，體現(xiàn)海洋雷暴同陸地雷暴的差異不同海洋雷暴類型產(chǎn)生紅色精靈差異-初步結(jié)果8/4/202532王庸平等

(2021)紅色精靈

(800+)

光暈

(20+)雷州半島追雷記

(18/6-10/7,2020)數(shù)據(jù)積累-2018-2024年地基TLE觀測n

15個省份的愛好者觀測到TLEsn

3個以上穩(wěn)定監(jiān)測站點(diǎn)n

1000+TLE事件的綜合觀測數(shù)據(jù)越來越多的愛好者加入到TLE觀測群體。2025-8-4

33噴流

(60+)

淘氣精靈

(20+)中國北方的極光觀測2023年8月梅州噴流高度范圍：

15-85公里GHOSTn

“綠閃”現(xiàn)象的中心高度在90至95公里之間n

夜間電離層底部區(qū)域”綠閃”現(xiàn)象增強(qiáng)的機(jī)制近期成果-深度電離中高層放電現(xiàn)象的光變特征研究8/4/2025

34Huang

et

al.

(2024GRL)GHOST“綠閃”2022年5月19日南亞大規(guī)模TLEs引起國內(nèi)外愛好者廣泛關(guān)注

2022年5月20日凌晨

，

中國攝影師在喜馬拉雅山脈記錄到

“紅色精靈”

閃電群

，受到全球愛好者關(guān)注。Huang

et

al.

(2024AAS)n

通過背景場衛(wèi)星軌跡及星場信息確定瞬態(tài)發(fā)光事件的準(zhǔn)確發(fā)生時間n

南亞紅色精靈母體雷暴閃電活動具有明顯的

“雙極性

”分布特征近期成果-南亞地區(qū)中高層放電現(xiàn)象母體雷暴特征2025-8-4

35n

提供基層社會服務(wù)n

服務(wù)地球科學(xué)宣傳……popularize

science

of

lightning

inresearch,

and

explore

a

uniqueway

toturn

unstructureddata

from

public

intothesource

ofresearch.8/4/202536n

服務(wù)中國科大招生共計(jì)記錄到166次中高層放電事件

西南渦持續(xù)觸發(fā)能夠產(chǎn)生中高層放電現(xiàn)象的母體雷暴

紅色精靈相應(yīng)于夜間增強(qiáng)的正地閃過程華南前汛期推遲與中南地區(qū)紅色精靈持續(xù)爆發(fā)是否有關(guān)？雷暴個例:2021年5月10-12日中南地區(qū)大規(guī)模精靈爆發(fā)

迄今為止東亞地區(qū)最大規(guī)模的單次天氣過程TLE觀測8/4/202537雷暴個例：

2021年7月11日凌晨京津冀地區(qū)強(qiáng)對流過程8/4/202538

基于雷電探測的重力波事件預(yù)測雷電頻數(shù)暴增長時曝光觀測重力波氣輝成像觀測重力波雷暴個例：

2021年8月28日廣東沿海雷暴

首次在中國沿海地區(qū)觀測到負(fù)極性紅色精靈

(6例)和ELVES現(xiàn)象(8例)

，母體閃電峰值電流均超過100

kA

(200

kA

for

elves)8/4/202539

海洋雷暴產(chǎn)生的強(qiáng)負(fù)地閃多由單次回?fù)糸W電產(chǎn)生n

中國大陸三級階梯地形下的中高層放電現(xiàn)象母體雷暴特征；n

海陸地區(qū)中高層放電現(xiàn)象母體雷暴特征的比較研究；n

混合下墊面情形下的地球-電離層波導(dǎo)天電信號傳播特征；n

不同類型中高層放電現(xiàn)象對低電離層區(qū)域的影響研究；n

人工智能方法在對流層雷暴-中高層大氣電磁耦合研究中的應(yīng)用。亞太地區(qū)雷暴臨近空間電磁效應(yīng)研究8/4/2025402022年5月20日青藏高原南麓精靈群事件合肥Datasourcesofspriteobservationsn

Spaceobservations

by

ISUALn

Ground-basedobservationsreportedin

literaturen

Contributionsfromamateurs/photographersMeteorological

backgroundofspriteobservationsinthe

plain

areaof

ChinaThreemajor

plains

inChina,also

knownasthreemajor

grainproducingareas

inChina160,0000

km2是否可服務(wù)于氣候變化影響研究？Middleand

Lower

reach

ofYangtze

River

PlainNortheast

Plain350,0000

km2

310,0000

km2該地區(qū)目前尚未有科學(xué)文獻(xiàn)報(bào)道精靈觀測2025-8-441NorthChina

PlainCharacterizinglightningactivityofawintertimethunderstorm

inthecontextofnortheast

China

coldvortex2024年冬季雷暴形成背景：

東北冷渦+西風(fēng)帶

擾動帶來的西暖濕氣流閃電能量分析表明改雷暴可能產(chǎn)生大量紅色精靈冬季雷暴&紅色精靈2025-8-442紅色精靈和中國的名山大川8/4/202543圖片由胡志遠(yuǎn)提供Stenbaek

and

Pak

so

(2002)n中高層放電現(xiàn)象引起的電離層底部擾動是否有可能成為電離層不規(guī)則體形成的種子？n中高層放電現(xiàn)象引起的電離層D區(qū)電子濃度增加能夠持續(xù)多久？會導(dǎo)致哪些可觀測效應(yīng)？中高層放電事件是否會導(dǎo)致電離層不規(guī)則體？8/4/2025448/4/202545圖片由王晉提供n

中國科大混合基線雷電定位網(wǎng)n風(fēng)云系列衛(wèi)星綜合觀測數(shù)據(jù)n廣域地基雷達(dá)反射率合成圖n

雷電脈沖電荷矩實(shí)時偵測系統(tǒng)n

多源數(shù)據(jù)融合+機(jī)器學(xué)習(xí)方法n

服務(wù)于中高層放電現(xiàn)象觀測群體

，推進(jìn)協(xié)同觀測n

保障對流層雷暴同中高層大氣耦合過程的基礎(chǔ)研究 2020-2023年期間中高層放電現(xiàn)象地基觀測支撐性研究平臺建設(shè)2025-8-446蒙城國家觀測站東至國家氣象站Datasourcesofspriteobservationsn

Spaceobservations

by

ISUALn

Ground-basedobservationsreportedin

literaturen

Contributionsfromamateurs/photographersSpriteobservationsin

plainarea

ofChinaThreemajor

plains

inChina,also

knownasthreemajor

grainproducingareas

inChinaNortheast

Plain350,0000

km2

310,0000

km2Middleand

Lower

reach

ofYangtze

River

Plain2025-8-447160,0000

km2NorthChina

Plain巨大噴流-源自雷暴的電噴泉8/4/202548“巨大噴流”的電荷不平衡理論巨大噴流

Gigantic

jet背景星場對比確定高度Krehbieletal.[2008]-Nature

Geoscience正極性巨大噴流

（向上傳輸正電荷）van

de

Velde

et

al.

(2010)巨大噴流的寬頻磁場信號負(fù)極性巨大噴流（向上傳輸負(fù)電荷）

Cummer

et

al.

(2017)2025-8-449Lu

et

al.

(2011),愛好者數(shù)據(jù)2018-2022年期間華南TLE觀測紅色精靈

光暈噴流淘氣精靈紅色精靈

光暈淘氣精靈

10+elves巨大噴流8/4/202550

30+giganticjets,5

blue

jets3

Halo+CGs;

12

Halo-CGsSP+CGs;36SP-CGs471雷暴個例:南海一次熱帶低壓產(chǎn)生的多個巨大噴流

2022年8月19日凌晨

(四點(diǎn)左右)觀測到多個巨大噴流事件20:02:32.2

UTC20:05:06.1

UTC20:06:37.6

UTC發(fā)生位置：

廣西沿海20:07:41.9

UTC

20:09:27.8

UTC新發(fā)現(xiàn)-巨大噴流引起的地表電場變化愛好者數(shù)據(jù)+合作企業(yè)數(shù)據(jù)19:50-20:10n地面電場變化測量組網(wǎng)

測量可進(jìn)行噴流現(xiàn)象電

荷傳輸結(jié)構(gòu)反演GJ-causedsurface

EchangeSpritesGJscapturedonJune

9,

20232023年6月9日個例再現(xiàn)類似結(jié)果8/4/20255316:20-17:20In

June

of2024,

a

sequence

ofgiganticjets

were

captured

overSouthAsiaIn

August

of

2023

,

two

gigantic

jets

wererecorded

nearcoastofGuangdong

Province2025-8-4