雷暴雲中電荷的空間分布決定著閃電通道的形態特征和發展傳輸過程🎤，但雲中電荷的分布難以測量🕵️‍♀️🚼。目前具有高時空分辨率且可以描繪三維閃電通道形態的測量技術能夠被用於揭示閃電通道的發展傳輸特征及其與電荷結構的關系。

沐鸣2/大氣科學研究院的李雨芮博士生、張義軍教授聯合中國氣象科學研究院張陽研究員與美國新墨西哥礦業技術大學合作，基於LMA（Lightning mapping array）對6次自然閃電的三維輻射源定位資料，研究了閃電通道形態表征方法，得到了分形維數的空間分布，發現分形維數分布不但客觀反映了閃電通道形態，也和通道發展傳輸特征有一致的時空對應關系：

1）分形維數和通道形態及輻射特征密切相關。一方面通道分支較多和發展傳輸方向改變的區域分形維數較大，而通道的單向延伸區域的分形維數較小；另一方面👩🏼‍🦳，分形維數大的區域對應著功率密度的大值區，分形維數小的區域對應著功率密度的小值區（圖1）🚶‍♀️。

2）分形維數表征的通道形態和先導發展速度存在相關性🏌🏼‍♀️，當先導在水平電荷區發展的過程中🧘🏽，會在分形維數和功率密度較大區域加速🗝，達到開始速度的2.5-4倍；而在分形維數和功率密度小的區域傳播的先導速度較小（圖2）。

3）分形維數、功率密度和通道發展速度較大區域可能對應電荷密度大的區域🤷🏼‍♀️，也揭示了局部強電場位置🚣🫎，在形態上分叉和轉向位置很可能存在小區域的電荷密集區（pocket charge）（雷暴雲電荷結構與閃電通道形態的概念模型見圖3）👓，這為利用閃電形態信息來揭示雷暴雲中閃電通道路徑上的電荷分布提供了新方法。

論文信息🏄🏽🚶🏻‍♀️：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

圖1. (a)通道形態疊加分形維數,👍🏼；(b)通道形態疊加功率密度分布。黑色線代表擬合通道；灰度圖代表分形維數分布🏍；藍色方框表示拐點位置；紅色方框表示分叉位置；黃色方框表示通道單向延伸區域👨🏼‍🏫。

圖2. (a) Flash1的時間-高度圖；(b) flash1的平面投影👨‍👩‍👧‍👧；(c)圖(a)中彩色部分的局部放大圖🚊；(d)先導速度隨時間的變化🥤；(e) VHF輻射源疊加0.25*0.25 km擬合通道的分形維數👩🏽‍💻；(f)VHF輻射源疊加能量分布🙍🏼‍♂️。灰色點表示了整個flash的分布，彩色點表示分析的區域，灰度圖表示分形維數分布和能量分布。

圖3.雷暴雲電荷結構與閃電通道形態的概念模型。紅色"+"和藍色"-"分別代表正電荷區和負電荷區；密集程度代表電荷密度的大小；黑色圓點表示輻射源🗾。