閃電是自然界中最壯觀的物理現象之一，不僅對人類生活和生產構成威脅，并且還是觸發其它大氣現象和生態系統變化的關鍵因素。隨著技術的進步，研究人員正在使用更先進的工具和方法來研究閃電，以期更好地理解其復雜的物理過程。
規則脈沖爆發是一種閃電研究中的奇特現象，在地面快速電場變化波形中表現為間歇發生但規則間隔的連續脈沖波形，單個脈沖持續時間為微秒量級，連續的脈沖序列持續時間則達到毫秒量級，其發生機制一直以來都是學界的未解之謎。
由中國科學院西北生態環境資源研究院范祥鵬團隊進行的一項研究，取得了閃電規則脈沖爆發序列（RPBs）通道發展和電學參數特征的新發現。
在這項研究中，利用團隊自主開發的一種新的物理模型和粒子群優化（PSO）方法，估算出連續脈沖的電流和傳播速度，發現了連續脈沖發展通道的高度重疊特征。
按照以往觀測條件，對直竄先導（K過程）發展速度的估計作為RPBs脈沖電流的速度范圍，脈沖電流高達88千安培，這超出了大多數地面放電的電流值。然而，通過甚高頻（VHF）閃電干涉儀觀測到的RPBs發展特征表明，這些脈沖的傳播速度顯著快于預期，約為0.6×108米/秒到1.8×108米/秒。這一發現將推斷的電流從88千安培降低到6到18千安培。VHF干涉儀的納秒級觀測結果為RPBs通道高度重疊遞進發展特征的論斷提供了直接觀測證據。
對閃電規則脈沖發生機制的深入研究為未來的雷電觀測和分析提供了新的方法和視角，也有望為自然界中其它類似現象的機理研究提供參考。
據悉，該項成果于2019年首次投稿于Geophysical Research Letters ，但由于當時缺乏清晰的觀測證據證實新發展模型獲取的分析結論，這項研究經過多輪審稿后被長期擱置。近年來范祥鵬團隊堅持多頻段閃電探測技術的發展和改進，特別是由其提出的全脈沖識別的閃電干涉儀定位新方法將干涉儀對閃電放電事件的時間分辨率由以往的微秒量級提升至納秒量級，納秒量級分辨率的高精度觀測為5年前的模型分析結論提供了直接的觀測證據，從而使這項研究的結論于今年得以發表。
該研究成果以"Ch annel Development and Electric Parameter Characteristics of Regular Pulse Bursts in lightning" 為題發表在地學領域期刊Geophysical Research Letters 上，西北研究院范祥鵬副研究員為論文第一作者和通訊作者，美國新墨西哥理工大學、中國氣象科學研究院和復旦大學科研人員參與了該項研究。該研究獲國家自然科學基金項目、中國博士后科學基金、甘肅省科技計劃和美國國家基金項目共同資助。
論文鏈接：https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2023GL106582
