【电图片】闪电是怎么发生的？不全是从天而降的。

闪电是大家熟悉而陌生的天气现象。

一般来说，空气的流动以水平方向为主，垂直风速为厘米/秒大小。夏天，其轮廓清晰，棉花糖般的云在适当的条件下垂直风速可达10多米/秒，形成到达对流层顶的积雨云，可产生强风、暴雨、冰雹、闪电等强烈天气现象。达到这样的高度，能引起闪电的积雨云我们称之为雷雨云。

飞机在遇到这种不均匀的垂直气流时颠簸，在起飞和降落阶段特别危险，所以夏天由于这种天气，飞机经常不起飞。

雷雨云是如何带电的？

关于雷云带电的理论有很多理论，目前占主导地位的是“非感应启动”。高耸的雷雨云内部会形成冰晶、冰雹、过冷水等相互碰撞、相互碰撞、电荷不同、重粒子下沉、小的轻粒子上升，从而在雷雨云内形成携带不同电荷的电荷层。

在填充雷雨云的这个过程中，雷雨云内的电场不直接参与，因此这种启动机制称为“非感应启动”。

通过实验室观察发现，冰晶和冰雹撞击后携带的电荷与温度、水蒸气密度有关。液体含水量为0.1-4.0gm-3，温度高于-10时，大冰雹在碰撞后携带正电荷，温度低于-10，大冰雹在碰撞后携带负电荷。

在这种非感应起动器的作用下，雷云从上到下呈现出“正-负-正”的典型三极性电荷结构。

闪电在云内是如何发展的？

雷雨云内正负电荷层之间电场强度足够大时，会发生闪电。

闪电像树的生长一样不断地扩张通道。“根”和“叶”同时向相反的方向发展。这棵闪电树整体上呈电中性，一端带正电荷向云内负电荷区发展，另一端带负电荷向云内正电荷区发展。

大多数闪电都是这样发生的，发展的，然后熄灭到云层里。还有一些闪电，向下发展的先导通道接触地面，形成云闪电。这种云地闪电也是闪电保护的主要对象。

闪电的两端通过刺穿空气的方式不断发展，建立了整个闪电通道。领导发展的这个头被我们称为“引领者”，这个两端携带相反电荷同时发展的引领通道被称为“双向引领者”。

有趣的是，双向先导两端呈现的发展方式和电磁辐射强度完全不同。负先导辐射信号以强跳跃的方式发展，飞行员头部前面出现几米的漂浮空间先导，然后与负先导头部连接，形成多个分叉。(大卫亚设，Northern Exposure(美国电视剧))先导的空气渗透阈值低，像流水一样发展，继续向前延伸，分叉比较少，辐射信号弱。

闪电开发功能的新发现？

云内发生的闪电是云体的遮挡，很难直接观察到。一般来说，通过检测闪电的辐射信号可以获得云内闪电通道的发展特征，但由于先导辐射信号弱，往往被同时发展的负先导信号和背景噪声淹没。发展云的云地闪电可以通过高速光学手段观测到。

闪电的发生有很大的随机性，但相对较高的建筑物有更高的闪电危险。避雷针的目的是吸引周围的闪电，劈向自己，将数万安培的瞬间大电流吸引到地面上，达到保护古建筑的目的。

建筑物的有效高度超过100米时，发生了有趣的现象。在雷雨条件下，高楼顶部局部电场最强，可以自行击穿空气，奋起带头，送到雷云内形成所谓的“上行闪电”。这种闪电为研究闪电的发展细节提供了很好的观测机会，始发点大多数是目前缺乏了解的正线。随着经济的发展，越来越多的高层建筑完工，上行闪电的发生频率也提高了。

中科院大气所水书组利用高耸的塔，利用其易受雷击的特点，多年来对325米气象塔组织进行了光、电、磁等多种手段的综合观测，获得了对塔闪电的系统认识。最近，他们开发出了每秒高达38万帧的闪电先导，与光学图像同步的电磁场变化波形，以高时空分辨率分析了同一光学图像内相互接近的自然正负先导的传输过程。

研究结果表明：能够引领“收集头部电荷-停止-跳跃”的间歇发展特征。从观测角度明确了正导线的间歇发展特征是自己的物理特性，而不是周围负导线通过脉冲电场间接起作用的结果。

此外，还发现，正在传输的前通道的后部可以在距离通道径向距离约200米的地方发生悬空的双向先导放电。(威廉莎士比亚，《Northern Exposure》(美国电视剧)，)双向先导的两极末端是远离主先导的单个分支频道，阴极末端具有丰富的分支，接近主先导的发展，最终连接到主频道，导入主频道，形成新的分支。(大卫亚设)。

这些研究结果扩大了对先导传输机制的认识，为今后先导者开发和完善物理模型奠定了重要的观测证据和理论基础。研究结果发表在《Journal of Geophysical Research : Atmospheres》、《Geophysical Research Letters》等期刊上。“元善峰”

参考文献：

1.mazur v . physical processes during development of lightning flashes . comptes rendus phys 2002；1393-409。(02) 01412-3。

2.Saunders c . charge separation mechanisms in clouds . space sci rev 2008；1373360335-53……。

3.srivastava、Jiang r、yuan s、qie x、Wang d、Zhang h和et al. intermitte

nt Propagation of UpwardPositive Leader Connecting a Downward Negative Leader in a NegativeCloud‐to‐Ground Lightning. J Geophys Res Atmos 2019;124:13763–76..

4. Wang Z, Qie X, JiangR, Wang C, Lu G, Sun Z, et al. High-speed video observation of stepwisepropagation of a natural upward positive leader. J Geophys Res2016;121:14307–15. .

5. Yuan S, Jiang R, QieX, Sun Z, Wang D, Srivastava A. Development of Side Bidirectional Leader andIts Effect on Channel Branching of the Progressing Positive Leader ofLightning. Geophys Res Lett 2019;46:1746–53. .