闪电通常呈现出不同的不同形态，其形成机制还不明确。闪电的发展主要依赖于由云内的电环境，云内电荷区的分布决定着闪电通道的发展，进而表现出不同的形态，闪电通道形态也在一定程度上能够反映电荷区的分布。云内电荷区的分布主要是由云的动力及微物理条件决定的，湍流在其中起了很大的作用。由于闪电形态依赖于雷暴电荷分布，而雷暴电荷分布又受动力作用的调配，是否可以将云内闪电形态与动力作用建立起关系？

复旦大学大气与海洋科学系/大气科学研究院的张义军教授、李雨芮博士生、联合中国气象科学研究院张阳研究员与美国新墨西哥矿业技术大学Paul R. Krehbiel教授，基于新墨西哥Langmuir实验室的LMA(Lightning mapping array)对23次自然闪电的三维辐射源定位数据，获得了闪电通道的三维空间的发展形态特征，采用分形维数表征闪电通道形态。采用S波段双偏振多普勒雷达数据估计湍流耗散（EDR），将EDR和雷达径向速度用来表示雷暴动力学特征，并将EDR和雷达径向速度与LMA辐射源叠加，分析发现闪电通道整体形态以及通道细节可以反映不同的湍流耗散率（EDR）特征：

1）整体而言，湍流强度会影响闪电通道的整体形态。通道形态复杂闪电往往出现在 EDR大的区域；通道形态简单闪电出现在 EDR小的区域（图1）。

2）从局部看，对于在一定高度范围内直接延伸且无明显转向和分叉的闪电通道，随着通道的延伸，EDR会减小。通道一般向EDR减小的方向延伸（图2）。

3）从局部看，对于在一定高度范围内连续传播的闪电通道在分叉和转向区域具有较大的 EDR，这个区域存在一个正负速度对、速度梯度大、动力强（图3）。

该研究揭示了通道形态和雷暴动力的关系，也为直接应用通道级别定位资料揭示雷暴动力特征提供了一个新方法，已经发表在《Geophysical Research Letters》上。

论文信息：Li, Y., Zhang, Y., Zhang, Y., & Krehbiel, P. R. (2024). Analysis of the relationship between the morphological characteristics of lightning channels and turbulent dynamics based on the localization of VHF radiation sources. Geophysical Research Letters, 51, e2023GL106024. https://doi.org/10.1029/2023GL106024

图1 (a) Flash 1辐射源的水平投影；(b) Flash 1通道区域的EDR；(c) Flash 2辐射源的水平投影；(d) Flash 2通道区域的EDR。

图2 (a)-(b) Flash 3和Flash 4的时间高度分布；(c)-(d) Flash 3和Flash 4的平面投影；灰点代表整个闪电辐射源，彩色点代表在一定高度范围内连续发展的闪电通道，辐射源按时间着色；(e)-(f) Flash 3和Flash 4辐射源和EDR叠加分布；黑点表示闪电辐射源，阴影图表示EDR，红色三角形表示闪电的起始位置，黑色箭头表示通道的发展方向；(g) Flash 3（黑色）和Flash 4（红色）在通道直接延伸过程中EDR随距离的变化。

图3 (a)-(c) Flash 5、Flash 6和Flash 7的时间高度分布；(d)-(f) Flash 5、Flash 6和Flash 7的平面投影；灰点代表整个闪电辐射源，彩点代表在一定高度范围内持续发展的闪电通道，辐射源按时间着色； (g)-(i) Flash 5、Flash 6和Flash 7辐射源和EDR叠加分布；白色方框A、B、C表示通道分叉或转向区域，黑点表示闪电辐射源，阴影图表示EDR；(j) Flash 5（红色）、Flash 6（绿色）和Flash 7（蓝色）在通道传播过程中的EDR随距离的变化。空心圆圈代表闪电起始区域的EDR，虚线代表不在该高度范围内发展的区域。