閃電物理

閃電物理（lightning physics）是研究閃電特徵、閃電的物理機制以及閃電的利用和閃電災害防護的學科。屬於大氣物理中的大氣電學範疇，也是大氣電學中比較活躍的分支。

基本介紹

• 中文名：閃電物理
• 外文名：lightning physics
• 學科性質：屬於大氣物理的分支
• 特徵：研究閃電的物理機制和利用等

雷雨雲的形成

閃電主要來自雷雨雲，雷雨雲是對流雲發展的成熟階段。雲中除有規則的上升氣流外，還有系統性的下沉氣流，雲中冰雹粒、雪花、雨滴、冰晶、雲滴等水氣凝成物和雲粒子，在大氣電場、上升氣流和重力分離作用下，發生碰撞、摩擦、破碎、凍結等過程，造成雷雨雲具有一定的電結構。雷雨雲的特點是正電荷分布在雲的上部，負電荷分布在雲的中下部，在雲的底部還有一個範圍不大的帶正電荷的區域。

閃電雷鳴的產生

雷雨雲中聚集的電荷達到一定的數量時，在雲內不同部位之間和雲與地面之間就產生很強的電場，電場強度可高達1萬伏/厘米以上，足以擊穿大氣，在雲的不同部位之間、不同雲塊之間以及雲與地面之間激發出耀眼的閃光，這就是閃電。閃電的形狀有多種，最常見的是線狀閃電和片狀閃電。閃電伴隨有雷鳴聲，清脆響亮似爆炸聲的稱為炸雷，沉悶且發出長時間的隆聲的稱為悶雷。閃電時僅幾厘米直徑的閃電通道內釋放的電能可達2×10⁹焦 ，通道中的空氣突然急劇增溫上萬度，造成空氣急劇膨脹，氣壓達上百個大氣壓，隨後又迅速冷卻而收縮。這一驟脹驟縮發生在千分之幾秒的短時間內，產生衝擊波向外傳播，能量很快衰減演變成普通聲波，這是能聽到的炸雷。雲中的閃電和雷聲在雲里多次反射，互相干擾，聽起來感覺聲音沉悶且隆隆聲不斷。

觀測和研究

閃電發生的時間極短，又無法預知，而且強弱變化很大，因而是最難研究的大氣現象之一。儘管如此，自從1752年B.富蘭克林進行了聞名的“風箏實驗”揭示了雷電的電學本質後，200多年來發展了一些有效的閃電觀測手段和研究方法，積累了豐富的資料。
通過高時間解析度的特殊高速攝影機研究閃電的發光過程，並對電場、電磁輻射進行觀測，研究閃電的放電過程，弄清楚地閃是大氣中的脈衝式放電現象。此外，測量雷擊電流，有助於指導設計製造抗雷擊設備的過電壓保護；對閃電進行光譜研究，有助於估計閃電通道的溫度和電離度，推測通道的壓強和所產生的衝擊波能量；利用分米波段特殊雷達研究閃電回波特徵，推測閃電通道的情況；用飛機噴撒特殊物質破壞雷雨雲的起電機制，抑制閃電的發生；利用衛星研究全球閃電活動情況和分布；發射拖線火箭進行閃電的人工觸發，使閃電在一定條件下成為時空上可控的對象，獲取閃電的各種資料等。然而，所有這些離全面認識閃電控制和利用閃電還有相當的距離。