晴空万里，一道闪电却像“隐形刺客”般突然劈向地面，这就是所谓的“晴天霹雳（ bolt-from-the-blue ）”。普通闪电多在乌云滚滚的雷雨云下方击中地面，而晴天霹雳却在头顶没有云和降水的区域毫无征兆地直击地面，它的不可预测性对人民生命财产构成严重威胁。那么晴天霹雳这个“远程狙击手”是如何形成的呢？
近日，中国科学院大气物理研究所郄秀书研究员及其团队在《科学通报》上发表突破性研究，揭示了晴天霹雳闪电的神秘成因。团队利用自主研发的具有放电过程和通道精细分辨能力的闪电甚高频干涉仪，在青藏高原探测到两次晴天霹雳闪电，射频动态定位成像结果清晰给出了晴天霹雳从雷雨云内始发，出云后水平传输数公里，再转向地面发展并击地的完整图像（图1）。
图1 左：雷雨云雷达回波剖面；右：3次负地闪辐射源定位结果及推断的雷雨云电荷结构。其中负地闪1为正常闪电，负地闪2、3为两次晴天霹雳，它们的击地点位置距降水区边缘分别为3.6和3.8 km。
在一定的动力和微物理条件下，雷雨云中冰-水共存的混合相态区域内，不同大小的冰相水凝物粒子（主要是霰粒和冰晶）之间弹性碰撞后发生电荷转移，在气流和重力作用下，携带不同极性电荷的大、小冰相粒子宏观分离，在雷雨云中呈现出正、负电荷在不同区域聚集的状态，是闪电发生的前提。团队研发了基于闪电通道发展物理性质差异解析雷雨云电荷分布的方法，基于此揭示了产生晴天霹雳的高原雷雨云电荷结构的演变特征，初始发展阶段首先在云中形成“上负-下正”的负偶极电荷结构，成熟阶段进一步发展出上部正电荷区，演变为“正-负-正”三极子电荷结构。晴天霹雳放电从云上部正偶极子的正、负电荷区之间始发，并以双向先导的形式分别向相反极性的电荷区域发展，负极性通道向上“突围”，击穿云上部正电荷层后，闪电通道水平“拐弯”冲出云体，在晴空中潜行数公里后转向并直击地面。
图2 青藏高原雷雨云发生“晴天霹雳”的云内电荷结构演化示意图
“过去我们只能通过测量电场变化推断雷雨云内电荷结构和闪电的宏观特征，现在通过自主研制的闪电甚高频干涉仪，我们能够以微秒甚至纳秒的时间分辨率精准分辨闪电过程和放电通道，从而研究闪电发展传输特征和对应的雷暴电荷结构演变，为提升雷电过程和机理认识提供了重要手段。”郄秀书研究员表示。结合天气雷达回波和探空等数据，团队发现云内的上部正电荷区比下部负电荷区弱的不平衡电偶极子，以及雷雨云单体尺度较小是引发这两次晴天霹雳的主要原因。
“实际上，晴天霹雳不仅在高原发生，在低海拔地区也有报道，晴天霹雳距离雷雨云的位置可达几公里甚至十几公里。由于发生晴天霹雳时头顶上空通常没有降雨，除了对生命财产造成危害之外，雷击热效应还可能引发野火、森林火灾等，对地球生态系统和大气环境也有重要影响，在气候变暖背景下，晴天霹雳类型的闪电值得重视。”郄秀书研究员进一步表示，“我们想提醒公众，当你身处晴空，但视线范围内出现乌云，或者听到可分辨的雷声，也应尽快远离高地、树木等危险区域，以免被晴天霹雳狙击。”
【郄秀书，中国科学院大气物理研究所研究员，国家自然科学基金委杰出青年科学基金获得者，国际大气电学委员会主席，美国AGU会士。主要从事大气电学和中尺度气象学研究。出版著作4部，发表论文300余篇。曾任国家“863计划”专家、国家“973项目”首席科学家。先后获中国青年科技奖、全国三八红旗手、中国十大女杰、中国科学院优秀导师等荣誉称号，作为第一完成人获省部级科技奖励一、二等奖3项。担任JGR: Atmospheres 期刊专业主编，Atmospheric Research副主编，《大气科学》、AAS、JMR、EPP等多个国内中英文刊物副主编或编委。】
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