雷電簡單的說就是在大氣中自然發生的強烈的放電現象。一般表現為划過天際的明亮的樹枝狀分叉的閃光(俗稱閃電)以及緊隨其後的巨大的爆炸般聲響(俗稱雷聲)。
在夏季的雷雨天氣雷電現象較為常見。它的發生與雲層中氣流的運動強度有關。有資料顯示,冬季下雪時也可能發生雷電現象,即雷雪,但是發生幾率相當小。
雷電起因一般被認為是雲層內的各種微粒因為碰撞摩擦而積累電荷,當電荷的量達到一定的水準時會因為局部電場強度達到或超過當時條件下空氣的電擊穿強度從而引起放電。等效於雲層間或者雲層與大地之間的電壓達到或超過某個特定的值。目前對於放電具體過程的認識還不甚明了,一般被認為和長間隙擊穿的現象類似。
雷電分為雲間閃和雲地閃兩種形式。前者占雷電的絕大多數,而後者則是對人類的生產和生活產生影響的主要形式。雷電的電流很大,其峰值一般能達到幾萬安培,但是其持續的時間很短,一般只有幾十微秒。所以雷電電流的能量不如想象的那麼巨大。不過雷電電流的功率很大,對建築物和其他設備尤其是電器設備的破壞十分巨大,所以需要安裝避雷針、避雷器等以在一定程度上保護這些建築和設備的安全。
雷暴是一種產生閃電及雷聲的自然天氣現象。它通常伴隨著滂沱大雨或冰雹,而在冬季時甚至會隨暴風雪而來。
雷暴可以在世界任何地方發生,什至發生在兩極地帶,但通常在熱帶雨林地區會較頻繁地發生。在溫帶地區,雷暴則通常會在夏季發生。除了在烏干達及印尼為全世界有雷暴發生的最頻繁地方外,在美國中西部及南部州份會發生威力最強烈的雷暴,因為這些雷暴會與冰雹或龍捲風一起發生的。
雷暴會在大氣不穩定時發生,並且會製造大量的雨水及冰晶。通常其發生有三種特定情況︰地球大氣層低空帶的濕度很高,這可以由露點溫度觀察得到;高空與低空的溫度差異極大,亦即是氣溫遞減率極大;冷鋒受到外力的逼迫而匯聚。
在古老的文明裡,雷暴有著極大的影響力。不論是中國古代、古羅馬或美洲古文明皆有與雷暴相關的神話。
雷暴共分為三種,分別為單細胞雷暴、多細胞雷暴及超級細胞雷暴三種。而分辨它們的方法是根據大氣的不穩定性及不同層次裡的相對風速而定(參看風切變)。
1.單細胞雷暴(Single cell storms)是在大氣不穩定,但只有少量甚至沒有風切變時發生。這些雷暴通常較為短暫,不會持續超過1小時。在平日亦有很多機會看到這種雷暴,因此亦被稱為陣雷。
2.多細胞雷暴(Multicell storms)由多個單細胞雷暴所組成,是單細胞雷暴的進一步發展而成的。這時會因為氣流的流動而形成陣風帶,這個陣風帶可以延綿數里,如果風速加快、大氣壓力加大及溫度下降,這個陣風帶會越來越大,並且吹襲更大的區域。
3.超級細胞雷暴(Supercell storms)是在風切變極大時發生的,並由各種不同程度的雷暴組成。這種雷暴的破壞力最大,並且有30%可能性會產生龍捲風。
大雷雨
大雷雨為風速每小時90公里以上的雷暴。這些雷暴同樣可以有閃電及傍沱大雨,但更易造成洪水氾濫,陣風及龍捲風,但定義隨不同國家而有所改變。
大雷雨可能會與超級細胞雷暴及其他雷暴同時發生。
雷暴的生命週期有三個階段,分別是積雲階段、成熟階段及消亡階段。
在積雲階段,雲較四周的空氣暖和,因此雲內部的空氣加速向上升,並很快升到溫度遠低於凝點的高度。所以四周大量的小水點、冰晶或雪片向雲內匯聚,這時只有不斷增強的上升氣流而沒有下降氣流。
在成熟階段,積雨雲變得越來越大,甚至會進入平流層。不過水滴及冰晶會因為過重,使得上升氣流並不能承托其重量,而開始落下,其表面所產生的摩擦會帶動四周的空氣向下沉,並逐步增強下墜力從而產生下降氣流,這時便會出現傍陀大雨並且伴有雷電或上升下降亂流,而若下降氣流極強則可能會降雪。而由高空下降的冷氣流在到達地面時會水準展開,這時很易會生成猛烈陣風。
最後,在消亡階段,上升氣流逐漸消失,這時雷暴主要受到已變弱的下降氣流影響。雲裡大部份的水點被釋出,已無力再降雨,而雷暴亦逐漸消失。
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)。
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)。
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。
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?) )」.
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。
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。 雷是由閃電引起的衝擊波。因為聲音和光在大氣中的傳播速度不同,人們可以通過計算它們之間的時間間隔來確定閃電發生的距離。在空氣之中,聲速大約為340米 (單位)米/秒,因此閃電發生的地點大約為每間隔3秒一公里(或5秒一英里)。
雷擊其實就是閃電電了一下,不過電量比較大,有的建築物會倒塌,樹會斷,人畜可能死傷。中國古代認為雷擊跟天譴有關,比如做了不孝之事,天公震怒,將犯罪嫌疑人電死以示懲戒。要預防雷擊之災,避雷針將雷電導向地線。
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雷擊其實就是閃電電了一下,不過電量比較大,有的建築物會倒塌,樹會斷,人畜可能死傷。中國古代認為雷擊跟天譴有關,比如做了不孝之事,天公震怒,將犯罪嫌疑人電死以示懲戒。要預防雷擊之災,避雷針將雷電導向地線。