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雷暴天气中的云闪、地闪和“天闪”
发布日期:2018-05-11 11:01:34 发布者:王聪 来源:县应急办 浏览量:1748

  夏季雨水充沛,每当雷雨来临时,乌云密布,风雨交加,电光闪闪,雷声隆隆,呈现出自然奇观。   
  雷电给人以神秘感,又具有很大的破坏力,会袭击人畜,毁坏房屋,引起森林大火。在人类对自然还缺乏认识的时代,雷电往往使人感到恐惧。然而,随着气象学,特别是大气电学的发展,今天人们对雷电的认识深刻了许多。本文邀请中科院大气物理研究所研究员、雷电物理和雷暴电学专家郄秀书就雷电方面的相关科学问题进行解答。
  问:如何理解云闪和地闪
  答:通常将闪电分为地闪和云闪两类,地闪指打到地上的闪电,云闪指发生在云内或云间的闪电,也就是所有没有打到地上的闪电。平均而言,地闪只占全部闪电的1/3以下,而云闪占2/3以上。闪电的发生与强对流云的发展密切联系,云内的第一个闪电几乎总是云闪,有些雷暴云中的闪电可能全部为云闪,所以云闪的研究和探测很重要,而且云闪信息也更具有强对流发展的预警指示意义。
  问:是不是有一种放电是由云向天上闪,而不是向地下?   
  答:是的,发生在雷暴云和电离层之间的放电,叫做中高层大气瞬态发光事件,这里也可以比较形象地简称其为“天闪”,代表性的叫“红色精灵”(Red sprite)。其观测难度很大,一是因为发生时间短、位置又不能预测,很难捕捉到;二是发生高度高,必须在几十公里以外才能观测到,所以仪器灵敏度要求高。因为是光学观测,观测场地附近和光学观测路径上视野要好,不能有强光污染,有雾、霾或强降水都不行。    
  问:正负地闪是指带的正负电荷吗?   
  答:正地闪指把云中正电荷转移到地球的闪电;负地闪指把云中负电荷中和到地球的闪电。一般正地闪发生比例低,仅占全部地闪的10%以下,但是强度大,危害也大。负地闪回击的峰值电流强度一般为几万安培,中和电荷量为几库伦到几十库伦;而正地闪回击电流强度与中和电荷量要大几倍,甚至几十倍。    
  问:大气中产生正负电荷的概率是一样的吗?都是50%?   
  答:如果考虑地气系统一起的话,分离开的正、负电荷应该是同样数量的,电荷守恒。   通常大地带负电荷,晴天大气带正电荷,因此大气是微弱导电的,电流从电离层流向地面,近地面大气电场约为110伏/米,全球雷暴是维持电离层电位(相对地面250千伏至300千伏)和大气晴天电场的发电机。    
  问:上下行闪电和正负地闪有没有什么关系?   
  答:上下行闪电都指的是地闪。根据极性,也有上行正地闪、上行负地闪、下行正地闪、下行负地闪之分,只不过后两者相对前两者要多得多,第一种最少。   
上行闪电,从高建筑物或高塔向上发展。通常地闪都是从云中向地面发展的下行地闪,而上行地闪较少见。随着城市高建筑物、通信塔、风力发电风机增多,这种上行闪电越来越多了。    
  问:球形闪电罕见吗?大概是怎么形成的?   
  答: 可以这样形容球状闪电有多罕见:我们团队肉眼看见过、仪器观测过数百万次闪电,没有一次球形闪电。其形成机制也很难完全说清楚,物理学家理论和实验室模拟研究很多,理论和假说也不少。国际上的观测证据目前为止只有西北师范大学物理系的一次光谱观测,光谱特征大致支持一种所谓的汽化硅假说:地闪击中大地,土壤中的二氧化硅经闪电冲击,其中的硅被汽化成纯硅,汽化硅与空气中的氧气再结合时产生热量,产生球状发光气团。但问题是有些球状闪电前并没有发生地闪,所以应该还存在其他机制。球状闪电至今仍是我们不能完全解释的大气现象,太复杂。

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