首次拍到风暴中树顶发光现象

# 风暴中树冠首次被拍到发光 来源：https://www.psu.edu/news/earth-and-mineral-sciences/story/treetops-glowing-during-storms-captured-film-first-time 地球与矿物科学（https://www.psu.edu/news/earth-and-mineral-sciences） ## 科学家追踪数十年的天气现象终在自然界被捕获——叶尖电晕放电发出紫外辉光 在宾州州立大学气象与大气科学实验室几乎全黑的环境中，云杉枝条上分别出现正（左）与负（右）电晕放电。 来源：William Brune / Penn State，知识共享（https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/） 大学园——2024 年 6 月，一辆改装的 2013 款丰田塞纳顶着一台手工打造的伸缩气象设备，沿着美国东海岸南下，直奔佛罗里达几乎每日必现的夏季雷暴。车内是宾州州立大学气象与大气科学团队，他们此行的目标是捕捉“电晕放电”——一种被假设已久的大气现象：微小电脉冲在树叶顶端跳跃，令树冠在紫外波段发出辉光。70 多年来，科学家发现森林上空风暴时的电场异常，怀疑树冠会发生这种微弱放电，却从未在实验室外直接记录到。 团队由气象与大气科学杰出教授 William Brune、博士生 Patrick McFarland、助理研究教授 Jena Jenkins 以及现就职于宾州州立应用研究实验室的前副教授 David Miller 组成，立志成为首批记录者。 他们选中“阳光州”正是因为这里雷暴频繁。然而研究往往事与愿违：三周里，McFarland 和 Brune 追逐的多是来去匆匆的“快闪”风暴，几乎一无所获。 返程途中，就在 I-95 西侧，大片持续雷暴突然爆发。团队就近驶出高速，在北卡罗来纳大学彭布罗克分校的一处停车场落脚，把仪器对准 100 英尺外的一棵美国枫香树顶。雷暴持续近两小时，电闪雷鸣、大雨倾盆；雨势减弱时，他们又在附近一株长叶松上观测到电晕。这些首次在自然界直接捕捉到的电晕放电，成果发表于《地球物理研究通讯》（https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2025GL119591）。 “这说明探索性科学仍在继续，”论文第一作者 McFarland 说，“半个多世纪来，科学家一直假设电晕存在，如今我们终于证实。” 研究人员解释，雷暴时云层积累强负电荷，吸引地面正电荷；正电荷沿树干升至最高处，在叶尖微细纤毛处形成足以击穿空气的电场，从而产生肉眼几乎不可见、但在可见光与紫外波段可见的微弱电晕。电晕紫外辐射会分解水汽，生成羟基自由基（OH）。 羟基是大气主要氧化剂，能与树木或人类活动排放的挥发性有机物以及温室气体甲烷反应，生成更易清除的产物。团队前期研究（https://doi.org/10.1029/2022jd036761）已发现，树冠电晕放电是森林大气“清洁剂”的重要来源。 正是基于这一化学转化，研究人员数年前在实验室内对枝条施加高电压、低电流脉冲，发现电晕紫外辐射与羟基生成量高度相关；同时叶尖出现放电损伤。为了把现象搬到野外并利用这一关联，团队自主研发了“电晕观测望远镜系统”（COTS）：一台牛顿式望远镜接入紫外相机，内置大气电场仪，并用汞灯校准紫外响应；太阳紫外波段被完全屏蔽，视野中只剩电晕、闪电与火源发出的紫外光。 在北卡现场，该系统在枫香树上记录到 859 次电晕事件，在长叶松上记录到 93 次，持续时间从眨眼般瞬间到数秒不等。整个野外实验期间，团队还在另外 4 场雷暴、4 种不同树种上观测到电晕。 “肉眼几乎看不见，但仪器呈现出的画面是：当雷暴掠过，大片闪烁的电晕在树冠上闪耀，”McFarland 说，“如此大范围的放电会影响树木排放的烃类去除、造成细微叶损，并可能对森林与大气健康产生更广泛影响。” 尽管现象已获证实，研究人员坦言对其潜在影响知之甚少：树木是否因此受损？抑或受益？它们是否已进化出耐受机制？大气净化对森林生态有何利弊？团队正与树木生态学家和生物学家展开合作，试图解答这些问题，继续在这条全新的自然探索之路上前行。 本研究获美国国家科学基金会资助，Brune、Jenkins 与 Miller 为论文共同作者。