華北地區一次中尺度對流系統上方的Sprite放電現象及其對應的雷達回波和閃電特征

王志超 楊靜 陸高鵬 劉冬霞 王宇 肖現, 郄秀書

1 中國科學院大氣物理研究所中層大氣和全球環境探測重點實驗室，北京100029

2 中國科學院大學，北京100049

3 南京信息工程大學氣象災害預報預警與評估協同創新中心，南京210044

4 中國氣象局北京城市氣象研究所，北京100089

1 引言

Sprite是發生在雷暴云上方的最常見的中高層大氣放電現象，多發生于熱帶海洋和中低緯度地區，由于發生高度較高，地面觀測中高層放電受到距離和視野等因素的限制，相對比較困難。Lyons（1994）利用低光度相機觀測到了大型中尺度對流系統上方發生的248個中高層放電事件，是人類首次有計劃地針對中高層放電的科學觀測活動。Sentman et al.（1995）利用穿云飛機首次得到了關于Sprite的第一張彩色圖像，并正式根據這種放電現象的顏色和其捉摸不定的特征，將其命名為“red Sprite”（又稱“紅色精靈”）。在世界各地的觀測(Hardman et al., 2000; Takahashi et al., 2003; Neubert et al., 2005; 楊靜等, 2008), 證實了Sprite是全球性的中高層大氣放電事件。

Sprite作為中高層放電最常見的現象，具有多種的形態學特征，其最主要的兩個分類是圓柱型Sprite（Wescott et al., 1998）和胡蘿卜型 Sprite（Sentman et al., 1995）。最早的研究表明大部分的Sprite都與非常強烈的正地閃有關，Sprite與其母體閃電的時間間隔約為幾十毫秒。Boccippio et al.（1995）分析了兩次中尺度對流系統上方的 42和55個Sprite事件，在這兩天的觀測中，約有86%和82%的 Sprite都伴隨了被美國國家地閃定位網（NLDN）探測到的正地閃。而 S?o Sabbas et al.（2003）發現絕大部分的Sprite都能夠找到與之相對應的正地閃，Sprite落后于母體正地閃 10～20 ms，產生 Sprite的母體正地閃的峰值電流主要集中在＋40～＋50 kA, 平均值為＋60 kA，因而他認為大于＋75 kA的強正地閃并非是產生Sprite的必要條件。楊靜等 (2008) 對位于山東南部的17例Sprite作統計發現其母體閃電都是正地閃，在Sprite發生時段，正地閃在總地閃中所占的比例約是沒有產生Sprite時段所占比例的7倍，Sprite對于母體閃電的延遲時間為3.4～11.8 ms，并發現母體閃電并沒有很強的峰值電流。Hu et al.（2002）的研究表明，母體閃電較高的電荷矩變化（charge moment change,CMC）產生 Sprite的概率較高。而 Cummer and Lyons（2005）則認為當脈沖電荷矩變化（impulse charge moment change，iCMC）大于＋600 C km時非常有可能產生Sprite。此外，Lu et al.（2009）研究結果表明，強烈正地閃中脈沖電荷矩變化主要是由回擊前云內閃電通道中的電荷傳輸到地面引起的。

為了解中尺度對流系統產生Sprite及其與母體閃電的放電特征，以及Sprite集中發生時段雷達回波特征，特別是該時間段的正地閃的放電特征，本文利用2013年7月31日華北地區一次中尺度對流系統產生的8個Sprite事件，結合地面同步的地閃資料和雷達資料，分析了Sprite的形態學特征、與母體閃電的關系以及相關雷暴特征。

2 實驗及資料

針對Sprite的微光探測，本文應用Watec 902微光相機，配合Computar 4.5～12 mm 電動三可變鏡頭，Pinnacle usb-700采集卡，以及UFO-CaptureVer.2.24軟件對中高層放電瞬態光學變化進行記錄，所用探測系統的高增益最低照度為0.0003 Lux@1.4F，在晴空夜間可以觀測幾百公里外雷暴上方的中高層放電事件。儀器設置參考（楊靜等，2008），鏡頭焦距設置在12 mm長焦端，光圈為f/0.8。根據Watec相機型號，UFO軟件設置為PAL制式，屏幕分辨率720×576像素，采集軟件設置采樣率為25 fps，每一幀以交錯方式記錄，因此每秒可以采 50幀，時間分辨率為 20 ms。預觸發百分比設置為50%，記錄時長為2 s。視頻圖像由車載GPS同步，時間精度為1 s。本文應用的數據為2013年7月31日在山東 SHATLE實驗（Qieetal., 2009）基地（37°49'41.86"N，118° 6'53.25" E）觀測到的華北地區中尺度對流系統過程產生的 Sprite，觀測仰角為8°，垂直方向視野范圍為20°。

地閃資料應用了北京地區閃電電場變化和輻射脈沖定位網絡（Beijing Lightning NETwork，BLNET）多站快、慢天線的資料（王宇等，2015），對北京地區過境的雷暴系統的正地閃特征進行具體分析。其中快天線時間常數為0.1 ms，可分析正地閃回擊脈沖的上升時間；慢天線時間常數0.22 s，經過補償之后可以分析正地閃所產生的連續電流持續時間。此外，對Sprite母體閃電的分析應用河北地閃定位網的資料。河北地閃定位網應用時間差與方位角綜合定位技術（Advanced TOA and Direction system，ADTD），在四站及以上探測到地閃回擊的時候采用到達時間差的算法定位，在二站以下探測到地閃回擊的時候采用方位角估算的方法定位，在三站探測到地閃回擊的時候采用混合算法。如果相鄰兩次回擊接地點位置相差小于10 km，時間間隔小于200 ms，則將其合并為一個事件。地閃資料可以給出地閃回擊的位置，時間（時間精度為0.1 μs），閃電極性和峰值電流強度。本文所應用資料時間如無特別說明均為北京時間（BJT）；另外，應用京津冀地區6站S波段雷達逐6分鐘基本反射率拼圖對整個中尺度對流系統過程和Sprite發生時段的雷達回波面積進行分析, 雷達數據采用NetCDF格點數據，空間分辨率為0.5 km×0.5 km。

3 結果及分析

3.1 Sprite形態學及與母體閃電放電特征

本次中尺度對流系統過程的 Sprite 的發生從20:58開始，到21:50結束，共產生了8次Sprite，平均每6.5分鐘產生一個Sprite。楊靜等（2008）觀測的山東南部的中尺度對流系統過程中，在144分鐘內產生了13個Sprite，平均每11分鐘產生一個，與本文類似。而北美地區觀測得到紅色精靈的發生頻率為 2～3分鐘一個（Winckler，1995），高于中國大陸地區觀測的發生頻率，這可能與中尺度系統的地域性有關。

紅色精靈經常成群出現，單獨出現的機會不多。圖1為本文觀測到的8組Sprite事件的疊加圖,對Sprite圖像進行了紅色加強處理。其中地平線上有觀測點當地的燈光，地平線的燈光并不影響對發生位置較高的 Sprite觀測?？梢钥吹?，易于發生Sprite的區域集中出現在視野兩側，Sprite有7例成群出現，1例單獨出現。紅色精靈一旦出現，就會在幾乎相同的位置反復出現，而且出現的頻率也較高。河北地閃定位網給出的母體閃電位置表明8次Sprite均發生在河北保定地區。

圖2給出了8個Sprite的形態學特征。其中圖2b，d，f中Sprite上部主體發光區較寬，從上至下逐步變窄，下部有卷須，整個Sprite發光主體形態上與胡蘿卜類型，稱為“胡蘿卜型”Sprite（Sentman et al., 1995）；圖2g，h中Sprite的主體發光區呈現垂直方向上較均勻的圓柱型，兩側沒有明顯的分支，稱為“圓柱型”Sprite (Wescott et al., 1998)。圓柱型 Sprite和胡蘿卜型均屬于大型的發光主體Sprite，也是最常見的Sprite類型。另外，圖2a，e中Sprite的主體發光區上部有明顯的分叉現象，而下部并沒有分叉現象，形如鳥胸的叉骨，又如同字母Y，稱為“Y字型”Sprite（Moudry et al., 1998;Matsudo et al., 2007），這一類Sprite應屬于發光主體發育不完全的胡蘿卜型Sprite。圖2c中Sprite在形態上類似胡蘿卜型 Sprite，然而其發光主體在位置上有偏移。經驗證兩次發光主體分別對應了河北地閃定位網探測到了兩次正極性回擊 21:09:50.392和21:09:50.633（定位距離在10 km 左右，認為是同一次閃電的兩次回擊）。而圖像上，這次 Sprite的兩次發光主體的時間間隔為 240 ms，小于 300 ms，推測其應屬于舞蹈型 Sprite（Lyons, 1994;Neubert et al., 2001; Lu et al., 2013）。Lu et al.（2013）指出，舞蹈型 Sprite 有兩種產生方式，一種是同一次閃電的不同回擊產生；第二種是同一次回擊脈沖電流和連續電流中的M分量分別產生。本文的舞蹈型 Sprite應該由同一次閃電的不同回擊產生。8次Sprite均沒有伴隨有halo現象；圖2b，d，e中主體發光區還觀測到非常亮的Sprite“珠”（Stanley et al., 1999; Stenbaek-Nielsen et al., 2000）。Sprite的形態一般與其母體閃電的電荷矩變化有關，母體閃電電荷矩變化較大常常產生胡蘿卜型 Sprite；而母體閃電電荷矩變化較小，則容易產生圓柱型 Sprite，另外Sprite的具體形態學特征也可能與母體閃電的脈沖電流波形相關（Qin et al., 2013）。

圖1 2013年7月31日華北地區一次中尺度對流系統產生Sprite疊加圖（紅色加強處理）Fig. 1 Overlapping of sprites in the mesoscale convective system in North China on 31 July 2013 (red enhanced)

圖2 Sprite形態學特征［其中（a）和（e）為Y字型Sprite，（b、d、f）為胡蘿卜型Sprite，（c）為舞蹈型Sprite，（g、h）為圓柱型Sprite］Fig. 2 Morphology of sprites: (a, e) Wishbone sprites; (b, d, f) carrot sprites; (c) dancing sprites; (g, h) columnar sprites

由于Sprite的發生位置天底點在母體閃電接地點附近50 km范圍內（S?o Sabbas et al., 2003），因此在Sprite發生高度的估計上，采用Hsu et al.（2003）和楊靜等（2008）的方法，假設Sprite發生在母體閃電接地點（正上方），估計紅色精靈的垂直高度。估算時考慮Sprite位置與母體閃電接地點最大偏差為50 km，Sprite圖像測量偏差為15%。由表1可知，8組Sprite的底部平均高度低于61.8±3.5 km，頂部平均高度為84.3±6.8 km。Hsu et al.（2003）得到的紅色精靈底端在40±10 km，頂端在80±10km，與本文結果有一定出入，這是由于本文用Sprite圖像資料很難分辨Sprite底部卷須，因此對Sprite底部的高度估值稍高，這在一定程度上與能見度造成的成像模糊有關。

表1 Sprite及母體閃電特征（AM：算術平均值；GM: 幾何平均值；iCMC：脈沖電荷矩變化）Table 1 Characteristics of Sprites and their parent lightning (AM: arithmetic mean; GM: geometric mean; iCMC: impulse charge moment change)

Sprite持續時間在1～2幀左右，只有唯一的舞蹈型Sprite兩幀的時間間隔較長，為12幀。鑒于所用數據為交錯記錄，每一幀的實際分辨率為20 ms。可見Sprite發光主體持續時間一般小于40 ms。以20 ms的分辨率估算Sprite持續時間算術平均值為25.7±9.8 ms，幾何平均值為24.4 ms。

河北地閃定位網給出的本次中尺度對流系統所產生的正地閃平均電流為＋54.8±28.5 kA，而8組Sprite的母體閃電的峰值電流在＋62.5～＋106.2 kA之間，平均值為＋77.1±22.2 kA，是本次MCS過程總正地閃平均電流峰值的1.4倍，其結果也列于表1。雖然峰值電流并非Sprite產生的重要條件（S?o Sabbas et al., 2003），但本次中尺度對流系統產生的Sprite的母體閃電峰值電流都比較強。

對電荷矩的變化計算采用美國杜克大學（Duke University）的脈沖電荷矩變化（iCMC）的計算方法（Cummer and Inan, 1997），利用美國海軍開發的開源長波輻射傳播算法（Long Wave Propagation Capability code, LWPC）計算閃電信號在地球—電離層波導空間中的傳播函數，并在此基礎上對Duke大學附近測量到的超低頻（ultra low-frequency，ULF）磁天線信號進行反卷積運算，從而反演出母體閃電信號的電流矩時間波形，進而對其積分得到正地閃回擊后 2 ms內產生的脈沖電荷矩。所觀測的這 8組Sprite母體閃電中，有5組閃電被Duke天線探測到，所計算的iCMC在＋475～＋922 C km之間，算術平均值為＋590.4 C km，幾何平均值為＋571.0 C km。Qieetal.（2013）對大興安嶺地區5例正地閃所產生的電荷矩變化進行了估算，發現正地閃回擊和連續電流所產生的CMC分別為＋31.4±1.6 C km和＋65.9±2.5 C km，遠小于本文的結果。本文所得Sprite母體正地閃可以產生較大的iCMC，有利于Sprite的產生。Lu et al.（2013）發現對于甚高頻閃電輻射源定位網（Lightning Mapping Array,LMA）附近的中尺度對流系統系統而言，當iCMC大于＋300 C km的正地閃產生時，有90%的機率會產生Sprite。本文計算的正地閃iCMC也證實了本次中尺度對流系統的正地閃有很強的產生Sprite的能力。

Lu et al.（2013）認為Sprite與母體閃電的時間間隔有兩類：一類時間間隔小于20 ms，母體閃電與Sprite天底點的水平距離也小于30 km，產生的Sprite被稱為即時（prompt）Sprite；另一類時間間隔一般大于40 ms，母體閃電與Sprite天底點的水平距離大于 30 km，產生的 Sprite被稱為延時（delayed）Sprite。母體閃電如果產生比較大的iCMC，一般會產生小時間間隔的Sprite。由于儀器限制，本文并未能給出Sprite與其母體閃電的時間間隔，但由本文計算的5例母體閃電iCMC較大可以推測本次中尺度對流系統的Sprite與母體閃電時間間隔可能較短。

3.2 產生 Sprite的中尺度對流系統雷達回波特征分析

圖3a給出了Sprite出現時的Sprite母體閃電位置與京津冀6站雷達回波拼圖疊加，其中黑色菱形表示Sprite母體閃電接地點的位置，藍色圓圈表示Sprite與母體閃電的水平位置偏移范圍，偏移半徑估計為20 km，Sprite可能發生在藍色圓圈的上方。此時中尺度對流系統的大于20 dBZ雷達回波面積達到了4.32×104km2, 大于30 dBZ雷達回波面積達到 2.74×104km2，而雷暴中心雷達回波達到55 dBZ，回波面積為186.75 km2。Lyons（2006）認為，北美中尺度對流系統產生Sprite要滿足兩個條件：10 dBZ雷達回波面積要大于2×104km2, 另外雷暴中心的雷達反射率要在 55 dBZ以上。而Soula et al.（2009）對歐洲兩次各產生27例Sprite事件的中尺度對流系統研究中發現，其最大的雷暴云最大覆蓋面積為 1.2×104km2。Yang et al.（2013）指出弱的雷達回波與Sprite產生時期有較好的一致性，并且層狀云降水區的充分發展是中尺度對流系統產生中高層放電的必要條件。Lu et al.（2013）認為即時Sprite母體閃電的產生一般是源于中尺度對流系統對流區的云內初始放電，發展至后部層狀云降水區后形成的正地閃；而延時Sprite母體閃電的產生則是直接源于層狀云降水區云內正電荷對地面的放電，這類正地閃需要產生足夠長時間的連續電流以增加產生的電荷矩變化。本文所得8組Sprite母體閃電均發生在中尺度對流系統后部雷達回波為25～35 dBZ的層狀云降水區，推測其大部分母體閃電回擊之前都存在持續時間較長的云內放電過程，并且很有可能存在長時間的連續電流過程，而且Sprite也有可能發生在中尺度對流系統的層狀云降水區上方。

圖3 Sprite發生時間段（a）雷達拼圖與Sprite母體閃電疊加和（b）雷達回波面積變化圖（黑色菱形表示Sprite母體閃電位置，藍色圓圈表示Sprite與母體閃電的位置偏移范圍）Fig. 3 (a) Overlapping of radar reflectivity and sprite locations and (b) the changes in echo areas in North China during the period of sprite production (black dimands indicate the sprite parent lightning locations; blue circles indicate the offset range of sprite and their parent lightning)

利用京津冀6站雷達逐6分鐘基本反射拼圖，得到本次MCS過程從12:00到24:00雷達回波面積的變化曲線圖，如圖3b所示。在Sprite發生時間段（21:00～22:00），20 dBZ回波面積為 4.32±0.19×104km2，30 dBZ回波面積 2.74±0.18×104km2，40 dBZ回波面積 0.70±0.19×104km2?；夭娣e在21:11出現極值，20 dBZ回波面積為4.41×104km2,30 dBZ回波面積為 2.90×104km2，40 dBZ回波面積1.19×104km2。由圖3b可以看出，在未發生Sprite時段強回波（＞40 dBZ）面積和弱回波（＜30 dBZ）面積的變化比較一致；而在Sprite發生時段雷達回波特點為: 強回波（＞40 dBZ）面積趨于平穩，而弱回波（＜30 dBZ）面積迅速增加，并且在Sprite開始出現時存在雷達回波面積的突然增加?？梢?，弱雷達回波面積的迅速增加可以作為Sprite產生的重要指示因子。

圖4 2013年7月31日華北地區中尺度對流系統地閃頻數逐10分鐘變化（total CG：總地閃；PCG：正地閃；NCG：負地閃；POP：正地閃占總地閃比例）Fig. 4 Change in total CG flash rate in 10 min interval for the mesoscale convective system in North China on 31 July 2013 (total CG: total cloud-to-ground flashes; PCG: positive cloud-to-ground flashes; NCG: negative cloud-to-ground flashes; POP; percentage of positive CG to total CG)

3.3 產生Sprite中尺度對流系統的閃電演變特征

利用京津冀 6站雷達基本反射率拼圖可以看出，本次中尺度對流系統是比較典型的前部具有對流線，后部有大范圍層狀云降水區的中度尺度對流系統，也是華北地區最常發生的中尺度對流系統過程。劉冬霞等（2008）分析過這一類型的中尺度對流系統，其特點為在整個過程中以負地閃為主導，正地閃較不活躍，正地閃主要分布在前部云砧和后部層狀云降水區域。

圖4給出了本次中尺度對流系統過程的10分鐘間隔的地閃變化曲線。其中黑點為地閃總數，紅色曲線表示正地閃個數，藍色曲線表示負地閃個數。可見本次 MCS過程初期閃電活動并不活躍；16:00～18:00閃電活動明顯增加，MCS進入成熟期這一時段以負地閃為主；18:00 以后閃電活動逐漸減少，閃電進入消散期，其中有幾個時間段負地閃迅速減少，正地閃比例大幅度增加，在其中一個時間段集中觀測到大量Sprite。

本文定義POP（Percentage Of Positive CG to total CG）為正地閃與總閃的比率，其同步的變化曲線也在圖4中給出。整個中尺度對流系統生命史有四個明顯的POP增加的時間段，由表2給出。本次中尺度對流系統的雷電活動從13:00開始就伴隨著中尺度對流系統的成型而出現，在14:30～15:00時段有10次正閃，POP達到第一次高峰，此時總閃頻率并未達到最高，只是屬于雷暴過程初期，正地閃的平均峰值電流為＋29.4±6.7 kA；17:00地閃總閃頻數達到最大，最高時段達到 480 flash/10 min，中尺度對流系統達到成熟階段，19:00達到第二個 POP最高的時段, 正地閃平均峰值電流為＋56.2±25.7 kA，這一時段并沒有觀測到Sprite；其后負地閃頻數又有回升 POP減少，在 21:00～22:00負地閃明顯減少，正地閃略有增加，達到整個中尺度對流系統過程第三次 POP的上升時段，這時中尺度對流系統處在成熟—消散階段，正地閃平均峰值電流為＋54.7±29.7 kA，在這一時段觀測到了8組Sprite；在22:30～23:00這一時段總閃頻數在25 flash (10 min)-1，已經進入了中尺度對流系統過程末期，POP最后一次達到高值，最大值為 47.8%，正地閃平均峰值電流為＋52.3±20.0 kA。由于雷暴已經發展至接近觀測點，因此沒有觀測到 Sprite，但這并不代表這一時間段并不能夠產生Sprite，POP的增加暗示了此時間段可能也是Sprite易于產生的時期。

圖5 Sprite集中發生時段正地閃（a）0～100%上升時間分布和（b）連續電流分布（N, AM, SD, GM分別代表樣本數，算數平均值，標準差，幾何平均值）Fig. 5 Distribution of (a) 0–100% rise time and (b) durations of continuing currents for positive CG flashes during the period of sprite production（N, AM, SD, GM indicate the sample number, arithmetic mean,standard deviation, and geometric mean, respectively）

表2 中尺度對流系統生命史4個POP增加時期（GM：算數平均值；AM：幾何平均值；SD：標準差）Table 2 Four POP (increasing percentage of the +CG flash rate) increasing periods in the mesoscale convective system（GM: geometric mean; AM: arithmetic mean; SD:standard deviation）

可見，Sprite易發生在中尺度對流系統成熟—消散階段POP有顯著增加的時段，持續至POP開始減少。POP的上升對中尺度對流系統產生Sprite起到了重要的指示作用。Neubert et al.（2005）認為Sprite產生在雷暴云消散階段負閃活動迅速下降而正閃活動穩定上升的時期。Soula et al.（2009）指出，雷暴云系統產生Sprite的時期是其整個生命史POP最大的時期，最高POP比例可達50%。本次中尺度對流系統生命史消散期可能后兩個時間段都非常適合產生Sprite，但最后一個POP上升時段雷暴已經距離觀測點太近而無法開展Sprite觀測，因此，這一時段雷暴是否產生了Sprite無法得知。

3.4 中尺度對流系統正地閃放電參量統計特征分析

本次中尺度對流系統在13:00～23:00內共持續了十個小時，在 Sprite集中發生的時間段前后20:30～22:30北京閃電綜合探測網（BLNET）共探測到地閃155個，由于這一時段Sprite主要發生區域和BLNET探測網均處于中尺度對流系統消散期后部尾隨層狀云降水區，因此對此時段BLNET探測到的地閃分析有助于得到Sprite發生時段正地閃的放電特征。在BLNET所得正地閃樣本中，正地閃84個，負地閃71個，正地閃比例為54.2%。其中單回擊正地閃78例，兩回擊正地閃5例，三回擊正地閃 1例，所占正地閃比例分別為 92.86%，5.95%和1.19%。平均每次正地閃的回擊數為1.08。對91例正回擊的 0～100%上升時間進行統計，時間為 10.17±3.73 μs，圖5a給出了 Sprite集中發生時段正地閃0～100%上升時間的分布圖。另外，正地閃樣本中有 59例產生了連續電流，帶連續電流的正地閃比例為 70.24%。正地閃的持續時間為58.17±50.31 ms，圖5b給出了Sprite集中發生時段正地閃連續電流持續時間的分布圖。

Qieetal.（2013）對中國大興安嶺地區的正地閃進行了詳細的特征分析，發現正地閃比例為10.2%。在185個正地閃事件中，單閃擊比例為94.59%，0～100%上升時間為13.96±4.58 μs，連續電流持續時間為33.29±38.44 ms。本文與其結果相比，在Sprite發生時間段，正地閃比例較高，連續電流的持續時間較長，雷暴有利于Sprite的產生。

4 結論與討論

本文利用微光相機首次觀測到了華北地區發生的Sprite現象，并為今后繼續對華北地區中高層放電事件的觀測提供了理論依據。利用光學觀測、北京地區閃電電場變化和輻射脈沖定位網絡（BLNET）、河北地閃定位網，并結合華北地區 6站多普勒雷達拼圖等多種觀測數據，對一次中尺度對流系統激發的Sprite及母體閃電和正地閃放電特征進行了詳細分析，得到如下結論：

（1）觀測到8例Sprite事件均發生于中尺度對流系統生命史中期，平均6.5分鐘發生一次。所觀測8組Sprite中有2個圓柱型，3個胡蘿卜型，2個Y字型，1個舞蹈型Sprite。Sprite的底部平均高度低于 61.8±3.5 km，頂部平均高度為 84.3±6.8 km。Sprite持續時間算術平均值為25.7±9.8 ms，幾何平均值為24.4 ms。所有Sprite的母體閃電均為正地閃，峰值電流在＋62.5～＋106.2 kA之間，算術平均值為＋77.1 kA，是總體正地閃平均峰值電流的1.4倍。估算得母體閃電的iCMC在＋475～＋922 C km之間，算術平均值為＋590.4 C km，幾何平均值為＋571.0 C km。

（2）Sprite母體閃電發生在中尺度對流系統雷達回波25～35 dBZ的層狀云降水區，推斷大部分母體閃電回擊之前都存在比較長時間的云內放電過程，并且很有可能產生持續時間很長的連續電流。在 Sprite發生時間段, 20 dBZ回波面積達到4.32±0.19×104km2，雷暴中心雷達回波達到 55 dBZ，回波面積為186.75 km2。在Sprite發生時段強回波（＞40 dBZ）面積趨于平穩，而弱回波（＜30 dBZ）面積迅速增加，并且在 Sprite開始出現時存在雷達回波面積的突然增加。弱雷達回波面積的迅速增加可以作為Sprite產生的指示因子。

（3）Sprite易發生在中尺度對流系統成熟—消散階段POP有顯著增加的時段，持續至POP開始減少。在本次中尺度對流系統整個生命史中，有兩個時間段是非常易于產生 Sprite，本次觀測在中尺度對流系統后期POP上升時期觀測到了8個Sprite事件。POP的上升對中尺度對流系統產生Sprite起到了重要的指示作用。

（4）在Sprite集中發生時間段，BLNET探測到的正地閃比例為54.2%，單閃擊比例為92.86%；回擊0～100%上升時間10.17±3.73 μs；連續電流比例 70.24%，持續時間為 58.17±50.31 ms。本次Sprite母體雷暴在Sprite發生時間段具有較高的正地閃比例和較長的連續電流持續時間，有利于Sprite的產生。

本文所用的Sprite資料比較有限，今后的研究將在進一步積累低光度資料的基礎上，著眼于Sprite的高速攝像資料和多站Sprite光學定位配合同步的地面低頻磁場信號以討論Sprite的形成機理以及其與母體閃電的關系。

致謝 感謝山東人工引雷實驗（SHATLE）團隊，感謝河北地閃定位網提供的地閃定位資料，感謝北京市氣象局提供的雷達資料。

（References）

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