连续电流是闪电放电过程中的一个重要子物理过程, 它是指雷暴云局部电荷中心在回击之后沿原通道对地的持续放电过程。 在连续电流阶段, 原本发光微弱的通道其亮度有时会突然增强, 这种现象被称为叠加了M分量, 自20世纪连续电流被发现以来, 国内外学者进行了许多观测研究。 目前主要是利用电磁学和光学的观测手段揭示其放电和发光的宏观特征, 利用光谱观测对其通道内部微观的发光信息和物理特性等的研究还很缺乏。 如关于连续电流阶段放电通道内的温度特性参数目前鲜有报道, 而温度是研究闪电连续电流放电通道物理特性所必需的基本参量, 也是预防连续电流引起的雷电灾害事故所关心的参数。 依据由无狭缝高速光谱仪观测的一次云对地闪电首次回击后叠加三个M分量的连续电流过程的光谱资料, 分析了整个放电过程中光谱的演化特征, 计算了连续电流放电过程电流核心通道和外围电晕通道的温度, 研究了两者随通道高度的变化特性。 结果表明, 在初始回击阶段, 通道的光辐射主要是激发能较高的一次电离的氮离子辐射, 在之后连续电流阶段, 通道的光辐射则主要是激发能较低的中性氮、 氧原子辐射。 离子线辐射在回击初期时最强, 氢Hα线和红外波段的中性原子线在M1时最强, 连续谱在M2时最强。 近红外波段的四条线OⅠ 777.4, NⅠ 746.8, 821.6和868.3 nm在整个放电过程都可以被观测到。 在连续电流阶段, 电流核心通道温度为42 060~43 940 K, 比相应回击核心通道温度高6 020~7 900 K; 外围电晕通道温度为16 170~20 500 K; 通道核心温度和电晕温度均随时间变化不大; 通道核心温度随通道上升呈减小趋势, 而外围电晕温度随通道上升呈增大趋势。

闪电回击通道核心中的大电流及其强电磁辐射是引发多种雷电灾害的主要根源。 随着现代科技的飞速发展, 闪电防护工作显得越为重要。 为了完善闪电防护系统, 需要从描述闪电回击通道核心的特征参数入手深入研究闪电通道形成和发展过程的微观物理机制。 截至目前, 光谱观测是获取闪电通道核心特征参数的最佳手段。 2015年夏天在青海高原地区的野外试验中, 利用由高速摄像机作为记录系统组装的无狭缝光栅摄谱仪, 结合快天线地面电场测量仪, 记录到一次包括四个回击的云地闪电放电过程的光谱以及与之同步的快电场变化信息。 依据光谱, 结合等离子体理论计算得到闪电回击通道核心的电导率。 在此基础上, 应用闪电电动力学模型计算了闪电回击速度、 峰值电流、 贯穿通道核心的电磁场以及通道核心单位长度的峰值功率等特征参数。 结果表明, 回击速度在(1.2~2.3)×10⁸ m·s^-1的范围内; 贯穿回击通道核心的轴向电场、 径向电场和磁感应强度的最大值分别在(1.42~1.74)×10⁵ V·m^-1, (8.22~9.99)×10⁸ V·m^-1和(1.51~2.83) T的范围内。 当闪电回击的峰值电流在(7.52~24.05) kA的范围内时, 回击通道核心的峰值功率在(0.63~1.92)×10⁹ W·m^-1的范围内。 另外, 分析了电导率、 起始电场峰值、 回击速度和峰值电流与峰值功率之间的相关性, 结果发现峰值电流和峰值功率具有良好的线性关系。 研究结果可为探索闪电回击通道形成和发展过程的微观物理机制提供参考依据。