為何會出現閃電

教育部科技發展中心網2006年9月15日報導在廚房做一個有趣的實驗：打開冰箱門，取出一些冰塊。然後再在冰箱儲藏室裏找到一些霜。將冰塊和小的霜冰晶摩擦。結果什麼都沒有發生。事實上，這正是閃電形成的原因。
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距離地面數英里的積雨雲中，小的冰晶不斷和稍大的冰顆粒摩擦。這兩種冰晶的摩擦就好像襪子在地毯上的摩擦，接著閃電發生了。
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很難想像能將路過處的空氣加熱到太陽表面溫度3倍的閃電，是由這些小的冰產生的。不過從理論上來說，事實就是如此。而且實驗也證明了能通過冰與冰之間的碰撞產生電流。
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不過這聽起來仍然很不可思議。於是“我決定驗證它。”位於阿拉巴馬的國家空間科學技術中心研究員Walt Petersen說。
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在3年的時間裏，Petersen和他的同事用熱帶降雨測量計畫（TRMM）衛星觀測了超過一百萬個雲層的內部。他說：“TRMM搭載了可以測量雲層含冰量的雷達。它還有叫做閃電感應器（LIS）的光學探測器，用來計算閃電次數。”通過比較冰含量以及閃電頻率，科學家可以瞭解它們之間是否真有聯繫。
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Petersen說：“它們確實有聯繫。我們發現不論在陸地，海洋，還是海岸區域，冰和閃電都有明顯關聯。”在全球範圍內，閃電的“閃光密度”（每立方公里每月的閃光次數）和“冰含量”（每立方米雲中含多少千克冰）之間的相關係數超過90%。在小型的風暴中這種相關表現得更明顯。大約一千萬千克的冰能產生每分鐘一次的閃電。
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所以在自家冰箱裏不可能產生火花，冰的量太少了。
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在雷雨雲中，數百萬的小冰晶不停的碰撞，被速度為10到100英里每小時的上升氣流推來推去。細小的冰晶帶正電，並飄蕩到雲的上層。而稍大的冰顆粒（冰雹）帶負電，沉到雲的下部。這種分離產生了兆伏級的電壓，然後閃電生成了。
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既然我們已經瞭解冰晶和閃電的關係，那就可以將它好好利用。Petersen表示：“電腦的天氣預報程式需要瞭解雲層中冰的含量多少。但是冰含量很難計算。我們不可能在每一個雷雨雲中裝上雷達來探測。為了更準確的預報天氣，需要瞭解冰的位置。”
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閃電可以幫忙。“由於閃電和冰之間有明顯的相互關聯，我們可以通過計算閃電次數瞭解冰的含量。”LIS這類的探測器，造價並不昂貴，而且既可以固定在地面，也可以發射到地球軌道進行探測，這很容易做到。

閃電，在大氣學中指大氣中的強放電現象。按其發生的部位，可分為雲中、雲間或雲地之間三種放電。閃電的放電作用通常會產生了閃電光或電光。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，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。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，再而產生了閃電的特殊構件雷（衝擊波的聲音）。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。

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。

雲中放電占閃電的絕大多數，雲地之間放電者則是對人類的生產和生活產生影響的主要形式。閃電的電流很大，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。所以閃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。
[編輯] 雲中放電
雲中放電(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。

[編輯] 雲地之間放電
雲地之間放電(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)。


[編輯] 雲間放電
雲間放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。


[編輯] 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。

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。


[編輯] 鏈狀閃電

[編輯] 枝狀閃電

[編輯] 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。


[編輯] = 其他
和閃電有關的 還有 藍色噴流BLUE JET 紅色精靈red sprit 和極低頻電波, 而藍色噴流是雲頂與電離層之間的放電現象之一，被視為是雲對地面閃電同等地位的反向高空閃電，它和另一種高空放電現象「紅色精靈」有非常大的差別 , 藍色噴流持續發光平均時間約零點三秒，比紅色精靈要長約二十倍，另外藍色噴流可以很明顯看出發光的噴流從雲層中向高空噴出，與紅色精靈是在高空發光，沒有噴射現象完全不同 ..此外閃電會把 范艾倫輻射帶 Van Allen radiation belt 清出安全狹槽, 所以一般衛星都飛在此區 . 比較不受放射線破壞 ..而有科學家認為 閃電一般只有百萬伏 是不能穿過大氣(絕緣體) , 但是科學家發現 宇宙射線會破壞大氣分子 產生 x RAY 外還會讓大氣變較易導電. 所以 閃電發生和 宇宙射線也有關 .


[編輯] 觸發閃電的要素

[編輯] 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。

世界上有些地方，例如：熱帶地區，經常有雷雨發生。一年之中巴拿馬有200天左右會有雷雨；法國則不到25天。雷雨多在下午3點鐘左右發生，因為那時的地面氣溫特別熱。

雷雨的第一階段，是先形成上升氣流，把溫暖潮濕的空氣送到半空。升上去的空氣遇冷，其中水汽凝結而變成雲。氣流繼續上升，雲也就越積越高，直上更冷的高空，雲中的水珠變得更大更重。有的凍結成雪或雹，有的水滴越結越大，就會落下。隨雨而來或是先雨而來的是一陣涼風，警告我們雷雨將至。

夏日午後的一陣雷雨，通常都是來得快、去得也快，夾雜著著閃電與雷聲。為什麼會打雷呢？打雷通常是出現在閃電之後，因為光的速度較音速快，而打雷則是空氣中電流摩擦所造成的。城市中的高樓會吸引閃電。不過鋼筋混凝土高樓，遇到暴風雨時，不一定很危險，因為高樓都會加裝避雷針或有其他特別的構造，可以安全的把電流導入地下。

起伏的氣流在雷暴雲中產生靜電，形成原因雖然無法完全明白，部分的原因可能是因為水分的摩擦和分解。正電荷在雲的上端，而負電荷則在下方吸引著地上的正電荷。雲和地之間的空氣做了絕緣體，在短暫時間內，阻止力求兩極電荷均衡的電流通過。兩極電荷的電壓大到可衝破絕緣的空氣時，閃電就發生了，而如此也讓電荷相互平衡。有些大雷雨，靜電電壓可高達幾百萬伏特！閃電會發生在雲塊或發生在兩堆雲中間，有的自上而下，有的自下而上，發生在雲塊與地面之間。以全世界來論，閃電擊中地球的次數平均是每秒鐘100次。一塊雷雨雲裡，正電荷和負電荷分開的兩部分相互吸引，像磁鐵一樣。而阻止兩者的絕緣體是空氣。

大多數閃電都是連擊兩次。第一擊叫做「前導閃擊」，是一股看不見的代電空氣作「前導」，直下到近地面處。這一股帶電的空氣像一條電線，為第二級電流建立一條導路。在前導接近地面的那一剎那，一道「回擊」電流就沿著這條導路跳上來。於是就發生看得到的閃電和聽得到的雷聲，這是第二擊。

當烏雲裡的氣流產生大量電荷時, 就會發生閃電.

世界上有些地方，例如：熱帶地區，經常有雷雨發生。一年之中巴拿馬有200天左右會有雷雨；法國則不到25天。雷雨多在下午3點鐘左右發生，因為那時的地面氣溫特別熱。

雷雨的第一階段，是先形成上升氣流，把溫暖潮濕的空氣送到半空。升上去的空氣遇冷，其中水汽凝結而變成雲。氣流繼續上升，雲也就越積越高，直上更冷的高空，雲中的水珠變得更大更重。有的凍結成雪或雹，有的水滴越結越大，就會落下。隨雨而來或是先雨而來的是一陣涼風，警告我們雷雨將至。

夏日午後的一陣雷雨，通常都是來得快、去得也快，夾雜著著閃電與雷聲。為什麼會打雷呢？打雷通常是出現在閃電之後，因為光的速度較音速快，而打雷則是空氣中電流摩擦所造成的。城市中的高樓會吸引閃電。不過鋼筋混凝土高樓，遇到暴風雨時，不一定很危險，因為高樓都會加裝避雷針或有其他特別的構造，可以安全的把電流導入地下。

起伏的氣流在雷暴雲中產生靜電，形成原因雖然無法完全明白，部分的原因可能是因為水分的摩擦和分解。正電荷在雲的上端，而負電荷則在下方吸引著地上的正電荷。雲和地之間的空氣做了絕緣體，在短暫時間內，阻止力求兩極電荷均衡的電流通過。兩極電荷的電壓大到可衝破絕緣的空氣時，閃電就發生了，而如此也讓電荷相互平衡。有些大雷雨，靜電電壓可高達幾百萬伏特！閃電會發生在雲塊或發生在兩堆雲中間，有的自上而下，有的自下而上，發生在雲塊與地面之間。以全世界來論，閃電擊中地球的次數平均是每秒鐘100次。一塊雷雨雲裡，正電荷和負電荷分開的兩部分相互吸引，像磁鐵一樣。而阻止兩者的絕緣體是空氣。

大多數閃電都是連擊兩次。第一擊叫做「前導閃擊」，是一股看不見的代電空氣作「前導」，直下到近地面處。這一股帶電的空氣像一條電線，為第二級電流建立一條導路。在前導接近地面的那一剎那，一道「回擊」電流就沿著這條導路跳上來。於是就發生看得到的閃電和聽得到的雷聲，這是第二擊。

2007-10-07 21:34:48 補充：
閃電的影響:- 汽車遭雷擊: 汽車在街上行駛的話，因周圍的建築物很高，雷會落在高的建築物，但是在周圍沒有高建築物的原野或山上，汽車就很有可能遭雷擊。- 飛機遭雷擊: 飛機在雲層與雲層之間，或起飛著陸時，都有可能遭到雷擊。發生雷擊的高度以五公里以下為最多。經統計噴射機平均每飛一萬小時，就會遭遇一次雷擊。

雲AND雲之間的作用

世界上有些地方，例如：熱帶地區，經常有雷雨發生。一年之中巴拿馬有200天左右會有雷雨；法國則不到25天。雷雨多在下午3點鐘左右發生，因為那時的地面氣溫特別熱。

雷雨的第一階段，是先形成上升氣流，把溫暖潮濕的空氣送到半空。升上去的空氣遇冷，其中水汽凝結而變成雲。氣流繼續上升，雲也就越積越高，直上更冷的高空，雲中的水珠變得更大更重。有的凍結成雪或雹，有的水滴越結越大，就會落下。隨雨而來或是先雨而來的是一陣涼風，警告我們雷雨將至。

夏日午後的一陣雷雨，通常都是來得快、去得也快，夾雜著著閃電與雷聲。為什麼會打雷呢？打雷通常是出現在閃電之後，因為光的速度較音速快，而打雷則是空氣中電流摩擦所造成的。城市中的高樓會吸引閃電。不過鋼筋混凝土高樓，遇到暴風雨時，不一定很危險，因為高樓都會加裝避雷針或有其他特別的構造，可以安全的把電流導入地下。

起伏的氣流在雷暴雲中產生靜電，形成原因雖然無法完全明白，部分的原因可能是因為水分的摩擦和分解。正電荷在雲的上端，而負電荷則在下方吸引著地上的正電荷。雲和地之間的空氣做了絕緣體，在短暫時間內，阻止力求兩極電荷均衡的電流通過。兩極電荷的電壓大到可衝破絕緣的空氣時，閃電就發生了，而如此也讓電荷相互平衡。有些大雷雨，靜電電壓可高達幾百萬伏特！閃電會發生在雲塊或發生在兩堆雲中間，有的自上而下，有的自下而上，發生在雲塊與地面之間。以全世界來論，閃電擊中地球的次數平均是每秒鐘100次。一塊雷雨雲裡，正電荷和負電荷分開的兩部分相互吸引，像磁鐵一樣。而阻止兩者的絕緣體是空氣。

大多數閃電都是連擊兩次。第一擊叫做「前導閃擊」，是一股看不見的代電空氣作「前導」，直下到近地面處。這一股帶電的空氣像一條電線，為第二級電流建立一條導路。在前導接近地面的那一剎那，一道「回擊」電流就沿著這條導路跳上來。於是就發生看得到的閃電和聽得到的雷聲，這是第二擊。