摘要：基于高精度甚高频闪电干涉仪、雷达和探空仪的数据，首次研究了青藏高原中部雷暴闪电放电中电荷结构的演变。在发展到成熟阶段，TP雷暴表现出从初始倒置偶极子演变成三极电荷结构的过程。在成熟阶段，底部明显呈现出三极性的电荷结构，在温度高于-10°C时具有强大的下部正电荷中心（LPCC），在-30°C和-15°C之间具有中间负电荷区域，在T < -30°C时具有上部正电荷区域。随着LPCC的耗尽，电荷结构演变为一个带有口袋LPCC的正常三极。不同对流单元之间的合并导致两个相邻的负电荷区域直接和倾斜地位于LPCC上方，水平排列的两个电荷区同时参与了同一次闪电放电。
研究方法
本研究基于放电通道可分辨的先进高精度闪电定位技术和创新的分析方法，利用甚高频干涉仪的闪电通道的方位角-仰角分布，可以根据闪电的发展速度和通道密度来推断闪电放电的极性。随后，通过采用闪电先导在相反极性的电荷区域传播的概念，叠加闪电辐射源来推断闪电放电中所呈现的电荷结构。尽管VHF干涉仪的闪电辐射源的方位角-仰角分布不能提供高度和距离信息，但在某些特定时期，通过整合雷达观测和环境温度，它仍然可以可靠地识别小尺度雷暴的电荷结构。该方法进一步证明了Qie et al.（2005）提出的下部主导型雷暴电荷结构，表明了高原雷暴云起电的微物理机制，为认识全球不同雷暴云中的起电机制和冰相微物理特征提供了有力的支持。
主要结论
在初始阶段，超过30 dBZ的雷达反射率主要位于−15°C以下。较浅的WCD抑制了液滴的生长，导致更多的小液滴被提升到混合相区域，形成冰相颗粒，如霰石和冰晶。
在成熟阶段，40 dBZ和30 dBZ的最大高度分别达到−25°C和−30°C左右。雷暴演变为具有强LPCC的三极电荷结构。主负电荷区大致从−15°C扩展到−30°C，这主要是负电荷颗粒的形成原因。推测的较大上升气流震级有利于上部正电荷区的出现和增强，该区域位于T<-30°C附近，对应于小雷达反射率（<25 dBZ），可能与冰晶或其聚集有关。当对流单体合并时，在LPCC倾斜顶部上方形成一个额外的相邻负电荷区，形成一个深而宽的负电荷区。强LPCC和深负电荷区增加了-IC闪烁的发生，偶尔会产生+IC和-CG闪烁。
在成熟后期，正电荷载体（霰石或冰雹）转化为液滴并下落到地面，LPCC的强度逐渐减弱。雷暴显示出一种三极电荷结构，其主要负电荷区位于−15°C和−30°C水平之间，显著的上部正电荷区（T<−30°C）和一个袖珍LPCC（T>−10°C）。因此，下部倒偶极子结构中的闪电放电频繁发生，负引线容易从底部弱正电荷区到达地面，产生更多的CG闪电。
随着雷暴的衰减，下沉气流使电荷区下降到较低的水平，LPCC消散。中间负电荷区位于−10°C和−20°C水平之间，负电荷颗粒下降。上部正电荷区域大致分布在−20°C和−30°C水平之间，主要与冰晶和雪有关。+IC闪光主要发生在上部正电荷区和中部负电荷区之间。
此外，不存在+CG闪光也验证了深-宽-中负区导致了足够的+IC闪光的产生，从而阻止了上部正电荷向地面传播。强LPCC也不能引发+CG闪光，这主要是由于LPCC下方底部可能没有小的负电荷口袋，不利于诱导发生+CG闪光的初步击穿过程（Qie，Zhang，et al.，2005）。TP雷暴表现出具有强LPCC的三极电荷结构，这不同于以+CG为主的雷暴，如反向电荷结构。
文章信息：
该研究结果以“Charge structure and lightning discharge in a thunderstorm over the central Tibetan Plateau”为题发表在《Geophysical Research Letters》上，论文第一作者为刘冬霞，通讯作者为郄秀书。本研究得到了第二次青藏高原科考项目（2019QZKK0104），国家自然科学基金重点项目（42230609）的资助。
Liu, D., Li, F., Qie, X., Sun, Z., Wang, Y., Yuan, S., et al. (2024). Charge structure and lightning discharge in a thunderstorm over the central Tibetan Plateau. Geophysical Research Letters, 51, e2024GL109602. https://doi.org/10.1029/2024GL109602