作为大自然中最壮观的放电现象，闪电的形态不仅展现了自然的鬼斧神工，更直接反映了雷暴内部复杂的电场活动。本研究聚焦雷暴云内的微物理结构，揭示了其对闪电水平发展的影响——尤其是云内降水粒子的分布特征，直接影响着闪电通道的路径与速度，相关研究为强对流天气的监测与预警提供了重要的科学参考。

在以往的研究中，研究者多关注垂直分层的电荷结构如何决定闪电的垂直传播。然而，雷暴云中，电荷区的水平范围往往远超其垂直厚度，闪电通道更多时候是在云内进行长距离的水平延伸。本研究利用新墨西哥州Langmuir实验室的LMA三维辐射源数据结合KABX雷达数据，采用观测与WRF-Electric模式模拟相结合的方法，深入剖析闪电通道的水平发展。

结果显示，当闪电通道从一种粒子主导区（如低密度霰）穿行至另一种粒子区（如聚合物）时，由于带电极性的差异，边界处会形成局部强电场，受强电场影响，闪电速度出现极值并发生分叉。此外，在单一类型粒子区域内，粒子数浓度大的区域附近同样存在着强电场，影响闪电发展速度和方向（图1）。这些发现证实，闪电通道的形态实际上是在描绘云内看不见的微物理结构。

图1. 闪电通道在水平发展过程中的演变与微物理结构的关系。（a）闪电通道的时间-高度分布；（b）闪电通道的平面投影；（c）图a中颜色部分的放大图；（d）闪电通道发展速度随时间的变化；（e）闪电通道与水成物粒子的种类；（f）闪电通道与水成物粒子的数浓度分布。图中A和B表示通道表现出明显的分叉与形态改变的区域。

这种不均匀的微物理结构究竟是源于何处？模拟结果揭示，云内的湍流是主要影响因素。湍流通过“惯性分离”效应，将不同质量的粒子（如轻的冰晶与重的霰）在空间上区分开，同时也会促使粒子聚集，从而塑造了复杂的电荷结构与电场分布。基于观测和模式分析该研究得到了如图2所示的闪电通道形态与雷暴微物理结构配置关系的示意图：水成物种类，数浓度的分布以及其空间排列会影响闪电通道的水平发展。数值模拟结果表明，在相似高度处，粒子种类和数浓度的不均匀性导致了电场的非均匀分布，其中粒子种类产生的影响更为广泛。微物理结构的不均匀分布与湍流分布密切相关，表明湍流可能是影响闪电水平发展特征的关键因素。

这一发现具有重要的应用价值：这意味着，通过获得闪电的通道形态，我们可以更快、更准确地反推雷暴内部的微物理结构与动力状态。这将为强对流天气的临近预报提供一种全新的、更及时的手段，帮助人类更早地识别潜在的雷电灾害。相关研究已于2026年2月发表于《Journal of Geophysical Research-Atmospheres》。复旦大学大气与海洋科学系博士李雨芮为论文的第一作者，张义军教授和中国气象科学研究院的张阳研究员为通讯作者。

图2. 闪电通道形态与雷暴微物理结构的配置关系示意图。粉色菱形代表冰晶，蓝色三角形代表霰，绿色圆代表雨滴，橙色圆代表小尺度湍流，紫色箭头代表大尺度上升和下沉气流。粒子的疏密程度代表粒子数浓度。

论文信息：Li, Y., Zhang, Y., Zhang, Y., Xu, L., &Krehbiel, P. R. (2026). The Microphysical structure of thunderstorms in the horizontal development of lightning. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 131, e2025JD045109.https://doi.org/10.1029/2025JD045109