科学家现在可以绘制闪电的三维地图 _科学

在一项新的研究中，科学家们开发了一种新的方法来绘制云层内外的3D闪电地图。Credit: Mathias Krumbholz/Wikimedia, CC-BY-SA 3.0
据美国物理学家组织网（by Morgan Rehnberg, Eos）：研究闪电和你想象的一样困难。
研究短暂电涌的一项有希望的技术是使用一组天线来测量闪电事件产生的无线电波。这种技术被称为射频干涉测量法，自20世纪末就已经出现。例如，在以前的工作中，研究人员将这种方法与极化天线相结合，以精确定位撞击的角位置，并检测传入无线电波的极化状态。
尽管如此，这种方法只能定位雷击并检测其二维极化。这一限制使得科学家无法回答一些基本问题，例如闪电在云中的位置和方式，以及不同的放电过程发生的速度。
在一项新的研究中，邵等人将射频干涉测量和偏振检测扩展到三维空间。增加第三维度可以解决闪电物理学中长期存在的问题。
他们的第二代BIMAP-3D(宽带干涉测绘和3D偏振)系统利用了两个观测站。这些站相距11.5公里，每个站由四组宽带和极化天线组成，呈Y形排列。通过同时使用这两个站，科学家们可以绘制闪电地图并探测三维偏振。
作者描述了两种通过结合来自两个站点的数据来三角测量雷击路径的技术:一种基于几何形状，另一种基于到达时间。他们可以整合这两种分析以实现精确的三角测量。
在有利的条件下，研究人员可以在地面上千米的高度将雷击的源位置精确定位到几米之内。此外，他们可以在几分之一微秒内跟踪闪电的发展。
然后，该团队将他们的新仪器和分析技术应用于几次观察到的雷击。他们计算了显示每个闪电事件的形状和发展的3D地图，包括云对云和云对地事件。他们甚至证明，对于线性极化事件，BIMAP-3D可以在三维空间中推断出无线电极化的方向。
作者说，这些新颖的能力拓展了闪电物理学研究的可能性。
这项研究发表在《地球物理研究杂志:大气》上。