[科普中國(guó)]-雷閃放電

雷閃放電（lightning），自然界所產(chǎn)生的一種大氣中的火花放電。它由帶電荷的雷云引起。在帶有大量不同極性或不同數(shù)量的電荷的雷云之間、雷云和大地之間形成很強(qiáng)的電場(chǎng)，其電位差可達(dá)數(shù)十至數(shù)百兆伏。雷電有片狀、線狀、鏈狀和球狀，以線狀最強(qiáng)烈，多為對(duì)地放電。

簡(jiǎn)介自然界所產(chǎn)生的一種大氣中的火花放電。雷閃放電由帶電荷的雷云引起。雷云帶電原因的一種典型解釋認(rèn)為：雷云是潮濕的熱氣流不斷上升進(jìn)入稀薄的大氣層冷凝的結(jié)果。當(dāng)強(qiáng)烈的上升氣流穿過(guò)云層時(shí)，水滴被碰撞而電離，輕微的水沫帶負(fù)電，上升形成大塊帶負(fù)電的雷云 ；大滴水珠帶正電，凝聚成雨下降，或懸浮在云中形成一些局部帶正電的雷云區(qū)。雷云的底部大多數(shù)帶負(fù)電，并在地面上感應(yīng)出大量的正電荷。在帶有大量不同極性或不同數(shù)量電荷的雷云之間、雷云和大地之間形成了很強(qiáng)的電場(chǎng)，其電位差可達(dá)數(shù)十至數(shù)百兆伏。隨著雷云的發(fā)展和運(yùn)動(dòng)，一旦空間電場(chǎng)強(qiáng)度超過(guò)大氣電離的臨界電場(chǎng)強(qiáng)度(空氣中約30千伏/厘米,有水滴存在時(shí)約10千伏/厘米),就會(huì)發(fā)生雷云之間或雷云對(duì)大地的火花放電。其電流達(dá)數(shù)十至數(shù)百千安，能量約一千兆焦，放電通道溫度高達(dá)15000～20000℃,產(chǎn)生強(qiáng)烈的光和熱,使空氣急劇膨脹震動(dòng),發(fā)出霹靂轟鳴。這就是雷閃放電。

形態(tài)有片狀、線狀、鏈狀和球狀等。片狀閃電出現(xiàn)在云層表面，若隱若現(xiàn)，雷電較弱。線狀閃電最強(qiáng)烈，大多數(shù)發(fā)生在雷云對(duì)大地的放電。它蜿蜒曲折，枝杈縱橫，長(zhǎng)達(dá)數(shù)千米（見(jiàn)圖）。鏈狀閃電是緊隨著出現(xiàn)在先前線狀閃電通道上的發(fā)光虛線，雷電很弱。球狀閃電又叫做球雷，常在大雷雨時(shí)形成，多數(shù)是直徑一、二十厘米的緋紅色球形發(fā)光體,大的直徑可達(dá)1米。球雷隨氣流在空中或地面飄游，或從門(mén)窗、煙囪竄入室內(nèi)，碰著障礙物突然爆炸而消失。

過(guò)程雷云對(duì)地放電的基本過(guò)程可分為先導(dǎo)放電和主放電兩個(gè)階段。當(dāng)雷云與大地之間的局部電場(chǎng)強(qiáng)度超過(guò)大氣電離的臨界電場(chǎng)強(qiáng)度時(shí)，就有局部放電通道自雷云邊緣向大地發(fā)展，稱(chēng)先導(dǎo)放電。先導(dǎo)放電是間歇性的脈沖發(fā)展過(guò)程，稱(chēng)分級(jí)先導(dǎo)，每次間歇大約數(shù)十微秒。先導(dǎo)通道發(fā)展臨近地面時(shí)，由于局部空間電場(chǎng)強(qiáng)度的增加，常在地面突起處出現(xiàn)異極性的先導(dǎo)放電向天空發(fā)展，稱(chēng)迎面先導(dǎo)。當(dāng)先導(dǎo)通道到達(dá)地面或與迎面先導(dǎo)相遇以后，大氣強(qiáng)烈電離形成高導(dǎo)電率的等離子體通道，使先導(dǎo)通道及云中電荷與大地電荷迅速中和，這就是主放電過(guò)程。先導(dǎo)放電的平均發(fā)展速度較低，約為(1～5)×105米/秒，放電電流較小，約為數(shù)百安。主放電發(fā)展速度很高，約為2×107～1.5×108米/秒,出現(xiàn)很強(qiáng)的脈沖電流，可達(dá)數(shù)十至二、三百千安。 人們?nèi)庋塾^察到的一次雷閃,實(shí)際上有55%包含2次以上先導(dǎo)-主放電的重復(fù)過(guò)程，平均3次，最多可達(dá)40多次,稱(chēng)為多重雷閃。由于第二次及以后的先導(dǎo)-主放電沿著先前的放電通道以更快的速度發(fā)展，因此其先導(dǎo)發(fā)展時(shí)間較短，沒(méi)有分叉，稱(chēng)為箭形先導(dǎo)，主放電電流幅值也較第一次低1。

雷閃放電是一種隨機(jī)過(guò)程，影響因素較多。表征雷閃放電特性的參數(shù)都有明顯的統(tǒng)計(jì)性質(zhì)。雷閃放電的極性75～90%為負(fù)極性。雷電流幅值服從對(duì)數(shù)累積概率分布，根據(jù)中國(guó)進(jìn)行的實(shí)測(cè)，約有50%的雷電流幅值小于32.5千安,超過(guò)100千安的只有12%。雷電流波頭時(shí)間為1～5微秒,平均2～ 2.5微秒,波長(zhǎng)20～100微秒,平均50微秒。不同地區(qū)雷閃放電的頻繁程度用雷暴日數(shù)表示，即平均每年有雷閃放電的天數(shù)。一般華南為80日以上，海南島高達(dá)100～130日，長(zhǎng)江以南40～80日，長(zhǎng)江以北和華北、東北20～40日，西北少于20日，新疆僅有3～4日。地面落雷密度以每一雷暴日每平方公里地面的落雷次數(shù)r表示，在中國(guó)r約為0.015。

防護(hù)雷云對(duì)大地的放電雖然只占少數(shù)，但是一旦發(fā)生，可能帶來(lái)嚴(yán)重的危害。雷閃擊中輸電線或附近，將會(huì)直接形成或感應(yīng)產(chǎn)生幅值很高的沖擊電壓波，使線路絕緣閃絡(luò)，或傳入變電所破壞電氣設(shè)備，造成電力系統(tǒng)供電中斷。2雷閃擊中高層建筑、導(dǎo)彈發(fā)射塔、通信廣播電視天線,可能引起設(shè)備損壞，人身傷亡。雷電防護(hù)的基本措施是裝設(shè)避雷針（線）和避雷器。避雷針（線）在雷云對(duì)地放電過(guò)程中使地面電場(chǎng)畸變，影響先導(dǎo)放電的發(fā)展方向，吸引雷閃對(duì)避雷針（線）放電，再經(jīng)引下線和接地裝置將雷電流引入大地，使被保護(hù)物免遭雷擊。避雷器裝設(shè)在被保護(hù)設(shè)備附近，當(dāng)雷電沖擊波沿線路傳入時(shí)，它首先放電，限制了電壓波幅值，保護(hù)設(shè)備免遭破壞（見(jiàn)雷電防護(hù)）。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

李雪梅 - 副教授 - 西南大學(xué)