雷电是怎么形成的简说:看懂电荷变化
雷电是怎么形成的简说:积雨云内部冰晶、水滴、霰粒持续碰撞摩擦,发生电荷分离,云上部多聚集正电荷,云底部多聚集负电荷,地面感应出正电荷,云地之间电场强度不断升高,空气被击穿形成导电通道,通道内瞬间释放巨大电能,产生强光就是闪电,通道急剧受热膨胀挤压空气,爆发的冲击波向外传播,形成雷声,该机制只适用于对流旺盛的积雨云,层云、高层云一般无法催生雷电。
雷电的电荷积累过程
积雨云内部存在强烈的上升气流,气流裹挟着小冰晶、冷水滴和霰粒,霰粒是温度低于0℃却没有冻结成完整冰晶的软冰颗粒。不同大小、不同温度的粒子互相撞击,电子会从温度偏高的颗粒转移到温度偏低的颗粒,持续一段时间后,较轻的带正电冰晶被上升气流带到云的上层,较重的带负电霰粒沉降留在云的下部,云层内部的电荷分区就此成型。
地面的导电物质会在云底负电荷的影响下,感应生成正电荷,树木、高楼、山体这类凸起物体上方,正电荷密度会更高,电场的拉扯效果会更明显,这也是高处更容易遭遇雷击的底层原因。
闪电通道与雷声的产生
空气常态下属于绝缘体,当云地之间的电场强度提升到大约每厘米三万伏特时,空气分子被电离,绝缘属性消失,一条曲折的等离子导电通道开始从云层向下延伸,这个先导通道肉眼很难直接看清。
地面的正电荷会顺着电离通道快速向上回击,这道回击光就是我们肉眼看见的闪电,电流峰值可达数万安培,通道内的温度短时间升至两万摄氏度左右,远超太阳表层温度。
通道周边空气急速受热膨胀,随后快速收缩,剧烈的胀缩交替挤压周边空气,产生冲击波,冲击波衰减之后变为声波传到人耳,就是雷声,声音传播速度远低于光速,所以你会先看见闪电,再听见雷声。
一次雷电放电,大多包含多次连续回击,间隔几十毫秒,这就是闪电看起来会闪烁的原因,多次回击共用同一条电离通道。
雷电的不同发生场景
| 雷电类型 | 电荷位置 | 人感知特征 |
|---|---|---|
| 云地闪 | 云层底部、地面 | 危害较强,雷声清晰 |
| 云内闪 | 同一朵积雨云内部 | 仅见闪光,雷声偏弱 |
| 云际闪 | 相邻两块云之间 | 闪光在远处云层,雷声较远 |
云地闪在全部雷电事件里占比不足两成,其余多数雷电发生在云层之间或者云体内部,这类雷电一般不会直接击中地面物体。
热带海洋上空、夏季陆地午后,对流活动更强,雷电出现频次更高,冬季大范围稳定的阴天降水,对流微弱,很少出现雷电。
