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天-地協同觀測揭示地球伽馬射線閃與對流層閃電的相互關系
地球伽馬射線閃（Terrestrial Gamma-Ray Flash，TGF）是起源于地球大氣快速（≤1 ms）而強烈（>40 MeV）的高能光子爆發，與對流層閃電和雷暴關系密切，并可能涉及閃電始發等基礎問題，是當前大氣和空間電學、高能物理等領域的前沿科學熱點。然而，由于TGF的高能光子在傳播過程中被大氣吸收而迅速衰減，加上其發生頻次低、位置隨機，對其有效探測一度面臨困難，因而目前對于TGF的物理特征和產生機制仍有問題亟待利用衛星、地面等手段和高質量資料予以澄清。
中國科學院大氣物理研究所閃電研究團隊博士后張鴻波聯合中國科學技術大學教授陸高鵬等，利用團隊自主發展的閃電近地空間效應研究平臺觀測資料，以及我國空間天文望遠鏡慧眼衛星（Insight-HXMT）、美國費米伽馬射線空間望遠鏡（Fermi Gamma-ray Space Telescope）探測，對亞洲地區TGF開展系統性研究（Lu, Zhang et al., 2019, JASTP）。研究人員首次提出赤道地區TGF對應閃電的低頻磁場信號特征，并發現迄今為止距離TGF衛星觀測最接近的閃電信號（<28 km）；利用自主建立的閃電脈沖單站三維定位算法（Zhang et al., 2016, JASTP），進一步發現TGF發生于云閃的負極性先導向上發展期間（閃電起始后約3 ms、負先導向上發展了約2 km），對應云閃最強的放電脈沖（類型I，圖1）（Zhang et al., 2020, GRL）。
此外，研究團隊還總結發現了一類特殊的TGF（類型II，圖2-3），其特征明顯區別于類型I。這類型TGF包含更多的光子，持續時間長，且能譜較硬。其對應的低頻磁場信號附近只有孤立發生或可作為閃電起始的特殊云內放電過程——雙極性窄脈沖（Narrow Bipolar Event，NBE），無其他閃電信號。TGF均領先于NBE發生（0.06-13.5 ms），其中7例與正NBE相關，2例與負NBE相關。研究表明，這類TGF主要由大尺度的背景雷暴強電場作用產生，不需要閃電放電過程，支持逃逸擊穿正反饋機制；TGF可能為后續發生的NBE提供了有利條件（Zhang et al., 2021, GRL）。
以上成果發表分別在Geophysical Research Letters、《中國科學》、Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics上。研究工作得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金等的資助?！ ?/div>
圖1.赤道地區一次地球伽馬射線閃（TGF，圖中綠色三角標識）的光子信號（粉色曲線）及其對應的云閃上行負先導的低頻磁場信號（藍色曲線）和發生高度（黑色×）（Zhang et al., 2020, GRL）
圖2.新發現的一類領先于特殊云閃——雙極性窄脈沖（NBE）發生的TGF（Zhang et al., 2021, GRL）
圖3.中國慧眼Insight-HXMT和美國Fermi衛星探測的在一次雷暴過程中連續發生，但隸屬于不同類型的兩個TGF的天-地協同觀測結果（Zhang et al., 2021, GRL）
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