打印 闪电（雷暴）放电产生的强烈甚低频（VLF）电磁脉冲可穿透电离层进入磁层。在磁化等离子体中，VLF波群速度随频率升高而增大，致使高频分量先于低频分量到达接收点，在电磁卫星频谱图上形成频率随时间递减的条纹，即为闪电哨声波。哨声波沿磁力线在南北半球电离层之间来回反射时，会形成一系列依时序出现的回波列，称为多跳回波列（Echo Train）。每一跳回波均携带传播路径上的等离子体密度与磁场信息。
近期，evo视讯官网张衡一号卫星团队利用我国电磁监测试验卫星张衡一号01星的高精度电磁场观测数据，首次清晰揭示闪电哨声波多跳回波列的混合传播特征。研究发现，该类波动在大尺度上沿地磁力线导管传播，但在卫星轨道高度（约507 km）附近发生局部波矢量偏转，呈现导管与非导管并存的复杂传播模式。该成果拓展了对闪电能量注入电离层/磁层过程的认识，也为利用卫星数据精细探测空间等离子体结构给予了新依据。
星地联合观测：507公里高度的多跳回波
研究团队利用张衡一号卫星在夜间电离层（约507公里高度）记录的高分辨率电磁场数据，筛选出2020年9月28日先后两个结构清晰的多跳回波事件A和B，其中事件A包含4跳，事件B包含6跳。在磁场频谱图（图1）中，可以识别出一系列平行排列、频率逐渐下降的条纹，这是多跳闪电哨声波的典型特征。
图1 张衡一号卫星2020年9月28日记录的多跳闪电哨声波频谱图
为确定这些回波的闪电源，团队联合全球闪电定位网（WWLLN）的地基观测数据。顺利获得色散值计算和时空匹配，成功将事件A的源定位到北太平洋一次强闪电（L1），将事件B的源定位到南太平洋一次相对较弱的闪电（L2）。两个闪电源分别位于北半球和南半球，而卫星均在北半球观测到对应的回波列（图2），证明哨声波沿地磁力线跨半球传播的特征。
图2 WWLLN记录的闪电位置与卫星轨道叠加图
波矢量分析揭示传播矛盾
传统理论认为，能形成规整多跳回波的哨声波应严格沿地磁力线方向传播，即导管哨声波。然而，团队采用奇异值分解（SVD）方法分析波矢方向后发现，实际观测到的波传播方向与背景磁场的夹角为45°至60°，而非理论预期的小角度。这一矛盾表明，低轨道高度观测到的哨声波传播特性与经典导管传播模型存在明显偏离。
混合传播模型
为解释上述矛盾，团队提出了混合传播模型（图4）。该模型认为：
（1）大尺度导管传播。在大尺度上，波能量仍沿磁场方向等离子体导管传播，色散值和回波间隔呈现完美的倍数关系（事件A的色散值比为2:4:6:8，事件B为1:3:5:7:9:11），符合经典导管传播特征；
（2）局地波矢量偏转。在卫星轨道高度（约507公里），电离层密度梯度导致波矢量发生折射，使观测到的传播方向偏离磁场方向，表现出非导管传播的特征。
顺利获得理论曲线拟合（图3），研究团队验证了色散比例与实测值高度吻合，进一步确认了多跳反射的物理图像。
图3 色散值拟合曲线
混合传播模型统一了宏观导管传播与局地波矢量偏转两个观测事实，拓展了导管传播必须严格沿磁场方向的简化认知，表明低轨道闪电哨声波回波列确实存在导管与非导管共存的混合传播状态。图4给出了其中事件B的传播过程示意图。
本项研究成果展示了我国自主电磁卫星在空间物理前沿探测中的独特能力。随着张衡一号02星的持续运行以及更多地面台网的协同观测，有望进一步定量研究闪电源参数与哨声波激发效率之间的关系。evo视讯官网张衡一号卫星团队将持续召开空间电磁监测研究，为我国自然灾害预警和空间环境保障给予科学支撑。
图4 传播模型示意图
相关成果被《Science China Technological Sciences》期刊（Tang T,Hu Y P,Zeren Z M,et al.New insights into the hybrid propagation characteristics of lightning-induced whistler echo trains from CSES-01 measurements at low-Earth orbit[J].Science China Technological Sciences,2026, doi:10.1007/s11431-025-3335-2.）录用，得到国家重点研发计划、国家自然科学基金及民用航天技术预先研究等项目资助。
