近日，清华大学黄播app 何金良教授团队博士后杨清柳联合日本岐阜大学、美国加州大学圣克鲁兹分校研究人员，在雷电物理与高能大气过程研究方面取得新进展。研究团队利用宽带干涉仪，对两次能量紧凑回击（Energetic Compact Stroke，ECS）的初始先导进行了亚微秒时间分辨率成像，首次在ECS初始先导中系统观测到一系列快速正击穿（Fast Positive Breakdown，FPB）和快速负击穿（Fast Negative Breakdown，FNB），揭示了这一特殊强雷电形成过程中的精细放电特征。

相关研究成果以“Fast Breakdowns Observed in the Initial Leaders of Two Energetic Compact Strokes”为题，发表在雷电物理顶刊《Geophysical Research Letters》（GRL）上。

从强雷电到高能伽马射线

地球伽马射线闪（Terrestrial Gamma-ray Flash，TGF）是雷暴中产生的一类高能辐射现象，其形成机制是当前大气电学和高能大气物理研究的重要科学问题。

近年研究发现，日本冬季雷暴中存在一类特殊的强负地闪回击——能量紧凑回击（ECS）。这类放电具有极大的回击电流，并与向下TGF密切相关。ECS发生前通常存在一个速度远高于普通负先导的快速下行初始先导，但这一高速先导究竟如何形成，此前仍缺乏精细观测。

研究团队综合宽带干涉仪及高、低频雷电定位观测，对两次产生向下TGF的ECS事件进行了分析。两次初始先导均从距地面约1 km的低空开始高速向下发展，并最终形成峰值电流约−260 kA和−170 kA的强回击，随后分别观测到向下TGF。

【图1 ECS从初始先导发展至强回击及TGF发生的过程】

【视频1】ECS先导B所在闪电的完整二维放电演化过程，展示了约476 ms内雷电通道的时空发展。

宽带干涉仪揭示高速先导内部的快速击穿

进一步将观测放大到微秒尺度后发现，看似连续向下发展的ECS初始先导，实际上包含一系列离散的快速击穿过程。

宽带干涉成像还显示，这些快速击穿形成了明显的多分支放电结构，超过一半的快速负击穿近似沿竖直方向传播。同时，每一次快速击穿均能够找到相对应的低频电场变化脉冲，表明快速击穿可能是ECS初始先导快速发展过程中的重要组成部分。

为理解强雷电与高能辐射的联系提供新观测

该研究首次从亚微秒尺度揭示了ECS初始先导内部一系列快速击穿的时空演化特征，将快速击穿的研究从雷电最初起始阶段拓展到完整初始先导的发展过程，为进一步理解快速击穿、强雷电回击以及地球伽马射线闪之间潜在的物理联系提供了新的观测证据。

论文信息：

Qingliu Yang, Daohong Wang, Ting Wu, David M. Smith, Yuki Hamajima, Jinliang He. Fast Breakdowns Observed in the Initial Leaders of Two Energetic Compact Strokes. Geophysical Research Letters, 2026.

Fast Breakdowns Observed in the Initial Leaders of Two Energetic Compact Strokes - Yang - 2026 - Geophysical Research Letters - Wiley Online Library