閃電的問題

閃電是自然界中存在的一種強大的放電現象。 閃電的放電作用通常會產生了閃電光或電光(light)。 空氣中的電力經過放電作用急速地將空氣加熱、膨脹，因膨脹而被壓縮成等離子(plasma)，再而產生了閃電的特殊構件雷(衝擊波的聲音)。

閃電類型

雲內閃電

雲內閃電(in-cloud lightning) 在0℃層以上，即空氣溫度下降到冰點的高度以上，雲內的液態水變成冰晶和過冷卻水滴(達0℃卻來不及凝結就落下的水滴)。由於空氣的密度不同，造成了空氣對流，在這些水滴或冰晶摩擦碰撞的過程中產生電荷。如雲內出現兩個足夠強的相反電位，帶正電的區域就會向帶負電的區域放電，結果就產生了雲內閃電(in-cloud lightning)或雲間閃電(cloud-to-cloud lightnung)。風暴細胞內8成的放電過程屬於這種類型。


雲地閃電

雲對地閃電(cloud-to-ground lightning) 這是最廣為研究的類型，主要是因為它們對人們的生命財產有極大的威脅性。 在一次正常的閃電前，雲裡的電荷分佈是這樣的：在底部是較少的正電荷，在中下是較多的負電荷，在上部是較多的正電荷。閃電由底部和中下部的放電開始。電子從上往下移動，這一放電由上向下呈階梯狀進行，每級階梯的長度約為50米。兩級階梯間約有50微秒的時間間隔。每下一級，就把雲裡的負電荷往下移動一級，這稱為階梯先導(stepped leader)，平均速率為1.5?05公尺/秒，約為光速的兩千分之一，半徑約在1到10公尺，將傳遞約五庫侖的電量至地面。 當階梯先導很接近地面時，就像接通了一根導線，強大的電流以極快的速度由地面沿著階梯先導流至雲層，這一個過程稱為回擊，約需70微秒的時間，約為光速的三分之一至十分之一。典型的回擊電流強度約為一至兩萬安培。如果雲層帶有足夠的電量，又會開始第二次的階梯先導。 雷擊又分為負雷擊(negative stroke)及正雷擊(positive stroke)，也就是由雲層往地面傳下來的是正電荷。正雷擊的發生機率比負雷擊小，但攜帶的電量會比負雷擊大，曾測量到的最大值為300庫侖。正雷擊通常只有一擊，有第二擊的正雷擊相當少見(因為雲層內靠近地面的正電荷較少)。


雲間閃電

雲間閃電是一種很少發生的閃電，它在二個或更多完全分離的積雨雲中放電。


球狀閃電

球狀閃電通常被形容做一個在空中漂浮的發光球體。它們移動速度不定，甚至可能出現靜止的狀態。有時候會發出噝噝的爆裂聲。甚至有些球狀閃電在穿過窗戶後爆裂開來消失了。 有很多目擊者都描述了球狀閃電但是很奇怪，它們很少被氣象學家記錄到。

The engineer Nikola Tesla wrote, "I have succeeded in determining the mode of their formation and producing them artificially" (Electrical World and Engineer, 5 March 1904). There is some speculation that electrical breakdown and arcing of cotton and gutta-percha wire insulation used by Tesla may have been a contributing factor, since some theories of ball lightning require the involvement of carbonaceous materials. Some later experimenters have been able to briefly produce small luminous balls by igniting carbon-containing materials atop sparking Tesla Coils.

Several theories have been advanced to describe ball lightning, with none being universally accepted. Any complete theory of ball lightning must be able to describe the wide range of reported properties, such as those described in Singer's book "The Nature of Ball Lightning" and also more contemporary research. 日本人的研究顯示出多宗球狀閃電多會發生在無暴風雨及閃電的情況之下。

許多不在這個球狀閃電領域工作的科學家是不能體會到球狀閃電的領域特性是多麼廣泛的。典型的球狀閃電直徑通常被規範化為20-30 厘米, 但有報告球記載了球狀閃電直徑可達數米以上(Singer) 。一張最近的相片是由昆士蘭(Queensland)機動隊員Bret Porter所拍攝, 相片中顯示了一個相信為球狀閃電的一個火球，估計直徑大約為100 米。相片是刊出在科學雜誌 「Transactions of the Royal Society」. 標題為「一個有一條長而扭曲軌跡的發光球狀區域（ a glowing globular zone (the breakdown zone?) with a long, twisting, rope-like projection (the funnel?) ）」.

Fireballs have been seen in tornadoes, and they have also split apart into two or more separate balls and recombined. Fireballs have carved trenches in the peat swamps in Ireland. Vertically linked fireballs have been reported. One theory that may account for this wider spectrum of observational evidence is the idea of combustion inside the low-velocity region of axisymmetric (spherical) vortex breakdown of a natural vortex (e.g., the 'Hill's spherical vortex'). 高文（Coleman）是最早發表這個理論的科學家。在1993年，他在Royal Meteorological Society的出版刊物「Weather」中發表了這個理論。 球狀閃電是很難被人看見的。 事實上，只有數次被拍攝為照片的記錄。

聖艾爾摩之火是被富蘭克林正式評定為自然界中的電力。這是與球狀閃電完全不同的。


鏈狀閃電

枝狀閃電

正極閃電

是所有閃電中最強的一種,是一般閃電強度的10倍,曾製造過5起空難,就連巨無霸噴氣式客機(波音747)也難逃厄運。

其它星球上的閃電
因為閃電需要擊穿氣體，所以閃電不可能在真空的空間內出現.但是在其他行星的大氣層內有偵測到過閃電, 比如金星和木星. 人們估計木星上的閃電比地球上的閃電強100倍左右，但是發生頻率只有地球上閃電的十五分之一。至於金星閃電的具體情況現在還在爭論中。 在70年代到80年代中前蘇聯的金星號(Venera)和美國的先驅者計劃(Pioneer program)中，資料顯示在金星的上層大氣中發現了閃電，但是卡西尼—惠更斯號(Cassini-Huygens)經過金星的時候卻沒有發現任何閃電的發生。

雷暴
雷暴通常出現於春季及夏季。咆哮的雷聲及奪目的閃電是它的特徵。


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什麼是雷暴？
當一道奪目的閃光突然劃破長空，接著傳來幾聲轟隆巨響，雷暴便發生了。在香港，雷暴常見於春、夏兩季。






雷暴是怎樣形成的？
雷暴的發展始於溫暖和潮濕的空氣上升。空氣上升的原因很多，例如地面受太陽照射加熱、在低壓槽附近、兩股不同的氣流匯聚或遇上高山而上升等。

當潮濕空氣上升時，空氣中的水分便會遇冷凝結而成為雲。隨著氣流繼續上升，雲層亦發展得越來越高，雲中的水珠也會不斷增長。達到高空時溫度會很低，冰粒也會在雲中形成。當雲頂達到十至二十公里時便形成積雨雲，而雷暴是由積雨雲產生的。







閃電和雷聲是如何產生的？
由於積雨雲內有急劇的氣流擾動，雲中的水珠和冰粒便會分裂而產生電荷。一般來說，積雨雲的上部帶有正電荷，中下部帶負電荷。當正負電荷之間的電壓到達某程度時，雲與雲之間或雲與地面之間就會出現放電的現象，發出強烈閃光，這就是我們平時見到的閃電。放電時會產生大量熱能，令周圍的空氣急劇膨脹，產生聲音而造成隆隆雷聲。





狂風大雨有時會伴隨著雷暴出現。當積雨雲內的水珠不能被下面的空氣承托時，它們便會降落成雨，而下沉的急速氣流亦會造成狂風。





如何估計雷暴的距離？
閃電和雷聲是差不多同時發生的，但光在空氣中傳播的速度比聲音快很多，因此人們總是先看到閃電然後才聽到雷聲。雷暴發生的距離大約可從閃電至雷聲的時間差異來估計。可以說，若看見閃電後三秒才聽到雷聲，則雷暴距離觀察者約有一公里。





大氣層穩定度與雷暴有什麼關係？
簡單來說，一團空氣若較周圍的空氣暖時，該團空氣便會不斷上升。這情況稱為不穩定大氣。不穩定的大氣有利於積雨雲的發展及雷暴的形成。

若空氣團較周圍的空氣冷時，該團空氣便會下降。這情況稱為穩定大氣。空氣在穩定的大氣下並不會被抬升，所以不利於雷暴的發展。





香港一年中什麼時間最常出現雷暴？
在香港，雷暴通常出現於春季及夏季。每年四月至九月，平均每月約有五天錄得雷暴。

如何預測雷暴？
香港天文台的預報員利用雷達圖像、衛星雲圖、閃電位置資料及氣象報告來監測雷暴的發展和移動方向。預報員會根據各種預報工具，例如數值天氣預報模式的計算結果及探空氣球所測量到的高空狀況，來預報雷暴。