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雷 暴

  当天空中乌云密布,雷雨云迅猛发展时,突然一道夺目的闪光划破长空,接着传来震耳欲聋的巨响,这就是闪电和打雷,亦称为雷电。它是发生在积雨云中的雷击、闪电的局地对流天气现象,常与狂风、暴雨相伴发生。就雷的本质而言,它属于大气声学现象,是大气中的小区域强烈爆炸产生的冲击波而形成声波,而闪电则是大气中发生的火花放电现象。其主要危害是击毙人畜,击毁建筑物、输电线路、电气机车等,威胁飞机、其他飞行器的飞行安全,干扰无线电通讯等。雷电是一种强危险性气象灾害。

  雷电直接威胁人娄生命灾害。雷击时强大的电流会造成人的心脏和呼吸系统停顿而使人丧生。在美国,平均每年有100人死于雷击。

  雷电曾引起过无数次森林火灾,每年因此而给人类社会带来数亿美元的经济损失。

雷雨云电结构模式

  没有雷雨云便没有雷电,因此对雷雨云的探测研究是十分重要的。在20世纪30年代以后,人类通过施放大量探测气球,获得了较丰富的资料,总结出最早的雷雨云电结构模式如图所示:存在两个主电荷中心,云底附近另有一个次电荷中心。它们分别是中心位于约6公里高度处,约含+24库仑电量的正电荷中心、中心位于约3公里的、约含─20库仑的负电荷中心、中心位于1.5公里、含有约+4库仑电量的次电荷中心。

后来虽然也提出过许多雷雨云电结构的种种模式,对荷电中心的高度,荷电量进行修正,甚至也有倾斜形式的电结构模式,但至今并无一致公认的比前述原始模式更合理的模式,因而原始模式仍是当前常用的模式,它也称雷雨云电结构的电偶极子模式。

雷雨云起电

雷雨中的电荷怎样产生的?怎样形成上、下荷电中心?由于雷雨云内部观测十分困难和危险,要对上述问题作出圆满的解答,目前还作不到。曾提出过几种雷雨云起电的理论,例如感应起电理论、温差起电理论、大水滴破裂起电理论、冰的融化起电理论等,它们都只能部分地解释云内电荷分布观测事实。例如感应起电理论便这样认为:在晴天电场作用下,云质粒和降水质粒(固态或液态质粒,比云质粒大得多)都被感应而极化,它们的上半部带负电、下半部带正电。因降水质粒下降速度大,故常与路途中的云粒子相碰,一部分粒子被捕获,另一部分云粒子被弹开,但把负电荷留下,而成为带正电荷粒子,在云中上升气流作用下,这样的云粒子便聚积于云的上部,在那里形成正电荷中心。经碰撞后带正电的降水质粒重,有的掉出云去,其余便聚积于云下部或中部,形成负电荷中心。又例如冰的融化起电理论认为:固态降水粒子(冰粒子)降到0℃层以下便融化,原来冰隙中的空气变成气泡并破裂,溅散走一些带负电的小滴粒,于是融化粒子(即水滴或冰水混合体)带正电,在云底强上升气流区域聚积,形成一个带正电的次电荷中心。

闪电过程

肉眼看到的一次闪电,其过程是很复杂的。当雷雨云移到某处时,云的中下部是强大负电荷中心,云底相对的下垫面变成正电荷中心,在云底与地面间形成强大电场。在电荷越积越多,电场越来越强的情况下,云底首先出现大气被强烈电离的一段气柱,称梯级先导。这种电离气柱逐级向地面延伸,每级梯级先导是直径约5米、长50米、电流约100安培的暗淡光柱,它以平均约150000米/秒的高速度一级一级地伸向地面,在离地面5─50米左右时,地面便突然向上回击,回击的通道是从地面到云底,沿着上述梯级先导开辟出的电离通道。回击以5万公里/秒的更高速度从地面驰向云底,发出光亮无比的光柱,历时40微秒,通过电流超过1万安培,这即第一次闪击。相隔几秒之后,从云中一根暗淡光柱,携带巨大电流,沿第一次闪击的路径飞驰向地面,称直窜先导,当它离地面5─50米左右时,地面再向上回击,再形成光亮无比光柱,这即第二次闪击。接着又类似第二次那样产生第三、四次闪击。通常由3─4次闪击构成一次闪电过程。一次闪电过程历时约0.25秒,在此短时间内,窄狭的闪电通道上要释放巨大的电能,因而形成强烈的爆炸,产生冲击波,然后形成声波向四周传开,这就是雷声或说“打雷”。

新西兰科学家揭开球形闪电之迷  

据最新出版的英国《自然》杂志报道,多年来一直困扰着科学家的球形闪电之迷,最近被新西兰坎特伯雷大学科学家阿伯拉翰森和戴尼斯揭示。他们认为,球形闪电是硅燃烧发光所致  

该理论认为,当土壤被雷电袭击后,会向大气释放含有硅的纳米微粒,来自雷电袭击的能量以化学能的形式储藏在这些纳米微粒中,当达到一定高温时,这些微粒就会氧化并释放能量。研究人员将土壤样品暴露于跟闪电过程一样的条件下,便会产生含有硅的纳米微粒,其被氧化的速率与球形闪电平均10秒钟的生命周期是一致的.

球形闪电也称电火球,被认为是一种与雷电有关的自然现象,它出现时常漂浮在离地面不远的空中,接触地面后常反弹起来,被接触的物质会被烧焦,仅有1%的人声称见过球形闪电。科学家们从150年前就开始研究这种罕见的自然现象,但从未能在实验室中重现这种自然现象,并且在理论上也不能很好地加以解释。

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