【封面图】摄于2020年的上海闪电瞬间（摄影师：风羽酱-sdk）以其震撼的视觉冲击力揭示了闪电这一自然界奇观。全球范围内，每年竟有约14亿次闪电在天际上演绎着光影交响乐。随着科技的进步，如今我们已能运用高时空分辨率技术，细腻描绘出三维立体的闪电通道形态，从而更深入地探究其内在奥秘。一次闪电过程往往绵延数百毫秒，水平跨度可达数十公里，垂直高度几千米，并展现出如同树状生长般的分支结构。那么，究竟是什么因素塑造了闪电如此独特的形态特征呢？
    【图文解析】
    在雷暴云电荷结构与闪电通道形态的概念模型（图1）中，红色和蓝色“+”分别代表正、负电荷区，密集度则象征着电荷密度的大小；黑色圆点标示辐射源。此模型出自Li et al. 2022年发表在《Geophysical Research Letters》的论文。研究指出，典型的雷暴云具有三层电荷结构，即顶部正电荷区、中部负电荷区以及底部的小正电荷区。当局部电场强度超过约400 kV/m时，便会触发闪电现象。复旦大学大气与海洋科学系张义军教授团队通过实测数据首次证实，雷暴云内部电荷并非均匀分布，正是这种不均匀性催生了闪电千变万化的形态。他们采用分形维数这一大自然几何学的神器，定量分析了闪电直接延伸、分叉及转向等不同形态特征，揭示了闪电通道会在电荷密度较高的区域产生分支和转向，最终形成我们所目睹的独特形状。
    【动力机制探索】
    然而，是什么样的动力机制塑造了雷暴云中这样的电荷非均匀结构？针对这一问题，张义军教授团队在2024年的另一篇《Geophysical Research Letters》论文中揭示了闪电通道形态与其内部湍流特性的关联。从图2中可见，形态复杂的闪电通道具有较大的分形维数且伴随显著的湍流耗散率（EDR）。而那些呈现直线延伸、无明显分叉和转向的闪电通道，在一定高度范围内倾向于向EDR较小的方向发展（图3）。研究进一步发现，闪电通道在传播过程中发生的转向与分叉现象，通常发生在径向速度梯度大、EDR值较高的区域（图4）。这些研究成果不仅揭示了决定闪电形态的雷暴动力结构，也预示着未来对形成闪电通道形态背后的雷暴微物理结构将有更深入的剖析。
    【论文引用】
    1. Li, Y., Zhang, Y., Zhang, Y., & Krehbiel, P. R. (2022). Analysis of the configuration relationship between the morphological characteristics of lightning channels and the charge structure based on the localization of VHF radiation sources. Geophysical Research Letters, 49, e2022GL099586. https://doi.org/10.1029/2022GL099586
    2. 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
    这两篇论文通过严谨的科学研究和生动的图像展示，共同揭开了闪电形态演变背后那神秘而壮丽的自然法则面纱。