封面图展示的是2020年上海的一次震撼闪电，由风羽酱-sdk拍摄。
闪电，作为自然界中壮观的天气现象，伴随着声响与光芒，让人惊叹。每年全球有近14亿次闪电发生，而先进的测量技术使我们能够更深入地了解闪电的形态。一次闪电通常持续数百毫秒，水平延伸数十公里，垂直延伸几公里。它的通道形态犹如树枝般延伸，出现许多分支。那么，究竟是什么原因赋予了闪电这样的形态呢？
雷暴云是闪电的主要源头，当云中局部电场超过约400 kV/m时，就会发生闪电。典型的雷暴云呈现出三层电荷结构，包括顶部的正电荷区、中部的负电荷区和底部的较小正电荷区。闪电通常在这两层电荷之间的强电场区域开始，然后在这两个电荷层中传输。
张义军教授团队在复旦大学大气与海洋科学系进行了一系列研究，并于2022年在《Geophysical Research Letters》发表了一篇重要论文。该研究首次基于实测数据证明了雷暴云内电荷结构并非层状均匀分布。正是雷暴云电荷层中电荷密度的不均匀性导致了闪电的不同形态。研究还采用了分形维数来定量描述闪电通道的直接延伸、分叉和转向等形态。这种理论被称为大自然的几何学，可以描述形体的复杂程度和对空间的占有程度。
张义军教授团队在2024年的另一篇研究中揭示了闪电通道不同形态区域的湍流特征。形态复杂的闪电其通道的分形维数较大，并且具备较大的湍流耗散率（EDR）。而在单次闪电中，在一定高度范围内直接延伸的通道则倾向于向EDR减小的方向发展。传输过程中通道方向的改变和分叉通常发生在湍流活动较为剧烈的区域。这项研究为我们揭示了形成闪电通道的形态背后的雷力结构。
论文信息：
Li等人（2022）在《Geophysical Research Letters》发表了一篇关于雷电的研究论文，详细探讨了闪电通道形态与电荷结构之间的关系。研究基于VHF辐射源的定位技术，揭示了雷暴云内电荷结构的复杂性及其对闪电形态的影响。感兴趣的读者可以通过访问相关文献进一步了解这一领域的研究成果和发展动态（具体论文链接或参考文献请自行查询）。
通过对闪电的深入研究，我们不仅对闪电有了更深入的了解，也对雷暴云的动力学和微物理结构有了更多的认识。这些研究对于我们理解自然现象和天气预报具有重要意义。