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，利用中国科大雷电研究团队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“First Measurements of Low-Frequency Sferics Associated With Terrestrial Gamma-Ray Flashes Produced by Equatorial Thunderstorms”的研究论文。
地球伽马射线闪(TGFs)通常是由对流层雷暴产生，并被辐射到雷暴上空广阔空间的短暂（持续时间一般在毫秒量级）而强烈的高能硬X射线和γ射线爆发。它主要由在近地轨道上运行的星载探测器观测，地球上平均每天发生大约数千次的TGF事件，其典型光子能量超过1 Mev，是目前自然界能够产生且被发现的最高能量射线。作为全球闪电密集发生的区域之一，东南亚赤道地区尚无有关TGFs的地基闪电信号同步测量及相关分析研究。针对这一问题，中国科大雷电研究团队同马来西亚技术大学Mohd Riduan Ahmad博士合作，在马六甲地区架设低频磁场测站，利用射频波段的雷电磁场信号探测，为进一步确定TGFs与闪电、雷暴相关性和物理机制研究提供了更为有效的方法。
研究团队利用2017年至2018年期间马六甲观测站记录的低频磁场信号和Fermi卫星GBM探测器捕捉到的TGF事件作了综合分析，同时还对母体雷暴和TGFs之间的相关性作了进一步研究。2017年5月至2018年12月期间，Fermi 卫星在马拉西亚测站周围观测到数百例TGF事件，在1000公里内约有65个TGF事件的闪电信号被记录到。作者着重关注了2017年8月8日和2017年9月18日的两个TGF事件（如图1所示），同时结合美国维萨拉全球雷电数据集(GLD360)和全球闪电定位网(WWLLN)同步探测到的闪电数据作分析。其中，9月18日的这次TGF事件相关的雷电低频磁场数据是目前世界上与卫星TGF探测资料相关的最近距离（大约28公里）观测（如图2所示）。
图1、在马六甲测站附近观测到的两个近距离TGF事件
(a) 2017年9月18日TGF事件: TBB数据和闪电分布 (UTC 10:08-10:20)；(b) 9月18日TGF事件母体雷暴的闪电频数；(c) 2017年8月8日TGF事件: TBB数据和闪电分布(UTC 21:52-22:04)； (d) 8月8日TGF事件母体雷暴的闪电频数
图2、2017年9月18日在约28公里距离处记录到的同一次TGF事件（图中绿色三角符号所标识）相关的低频磁场信号
从风云-2G卫星获取的相当黑体亮度温度(TBB)结果显示，TGF事件多发生在母体雷暴的成熟期，文章详细分析的两个事件分别产生于强对流的中心和边缘区域。此外，TGFs并不总是产生在母体雷暴“冷区”中心，并且近一半的TGFs出现在较强但不是最强的对流区域。
本论文的第一作者为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，指导中国科大的研究生利用马六甲站点的地基观测数据，对美国Fermi卫星、欧洲航空局大气-空间相互作用监测仪(ASIM)和中国“慧眼”硬X射线调制望远镜(Insight‐HXMT)在赤道地区的TGF观测进行深入研究，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的物理特征和产生机制。
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)和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)的资助。
全文链接：Zhang, H., G. Lu*, F. Lyu, M. R. Ahmad, X. Qie, S. A. Cummer, S. Xiong, and M. S. Briggs (2020), First measurements of low-frequency sferics associated with Terrestrial Gamma-Ray Flashes produced by equatorial thunderstorms, Geophys. Res. Lett., 47, e2020GL089005, https:doi.org/10.1029/2020GL089005.