雷雨雲由一大團翻騰、波動的水、冰晶和空氣組成。當雲團里的冰晶在強烈氣流中上下翻滾時，水分會在冰晶的表面凝結成一層層冰，形成冰雹。這些被強烈氣流反覆撕扯、撞擊的冰晶和水滴充滿了靜電。其中重量較輕、帶正電的堆積在雲層上方；較重、帶負電的聚集在雲層底部。至於地面則受雲層底部大量負電的感應帶正電。當正負兩種電荷的差異極大時，就會以閃電的形式把能量釋放出來。
基本介紹
- 中文名：雷雨雲
- 外文名：thunder cloud
- 組成：水、冰晶和空氣
- 雲層上方：重量較輕、帶正電
- 雲層底部：較重、帶負電
簡介,特點,形成過程,形成階段,成熟階段,消散階段,形成條件,帶電原因,起電機理,
簡介
雷雨雲由一大團翻騰、波動的水、冰晶和空氣組成。當雲團里的冰晶在強烈氣流中上下翻滾時，水分會在冰晶的表面凝結成一層層冰，形成冰雹。這些被強烈氣流反覆撕扯、撞擊的冰晶和水滴充滿了靜電。其中重量較輕、帶正電的堆積在雲層上方；較重、帶負電的聚集在雲層底部。至於地面則受雲層底部大量負電的感應帶正電。當正負兩種電荷的差異極大時，就會以閃電的形式把能量釋放出來。
特點
大多數研究資料表明，雷雨雲上部帶正電荷，下部帶負電荷，雲中基本為正負雙極性分布。有時還觀測到雷雨雲下底部有一個或幾個局部弱正電荷區，它往往與太陽雨過程相關聯。當雷雨雲在空中漂移運動時，雷雨雲對大地感應出的是異種電荷，也隨著雷雨雲在雷雨雲下方跟著雷雨雲移動，它們之間的電場強度，也在不斷變化。
形成過程
雷雨雲是對流雲發展的成熟階段，它往往是從積雲發展起來的。發展完整的對流雲，其生命史可以分為以下三個階段：
形成階段
這一階段主要是從淡積雲向濃積雲發展。雲的垂直尺度有較大的增長，雲頂輪廓逐漸清楚，呈圓孤狀或菜花形，雲體聳立成塔狀。這樣的雲我們在盛夏常常看到。在形成階段中，雲中全部為比較規則的上升氣流，在雲的中、上部為最大上升氣流區。上升氣流的垂直廓線呈拋物線型。一般不會產生雷電。在其形成階段，淡積雲向濃積雲發展。雲的垂直尺度有較大的增長，雲頂的輪廓逐漸清晰，呈圓弧狀或花菜形，雲體聳立成塔狀。在這一階段，雲中全部為比較規則的上升氣流，雲的中上部是最大氣流上升區。此階段經歷的時間大約為15分鐘，一般不會產生雷電和降水。
成熟階段
從濃積雲發展成積雨雲，就伴隨雷電活動和降水，這是成熟階段的徵象。在成熟階段，雲除了有規則的上升氣流外，同時也有系統性的下沉氣流。上升氣流通常在雲的移動方向的前部。往往在雲的右前側觀測到最強的上升氣流。上升氣流一般在雲的中、上部達到最大值，濃積雲逐漸發展成積雨雲。此階段，雲中除了有規則的上升氣流外，同時也有系統性的下沉氣流。上升氣流通常在雲的移動方向的前部，氣流的最大值一般出現在雲的中上部，其速度可以達25—60米/秒，甚至更高。下沉氣流是一支從雲的中下部傾斜地穿出來的氣流，它對雷雨雲的發展成熟不單純起消極作用，還與上升氣流一起構成雲中的鉛直環流。對流雲的厚度與起水平尺度具有同一數量級。這是對流雲與其他種類雲最重要的差異之一。
消散階段
形成條件
雷雨雲1、空氣中含有足夠的水蒸氣；
2、大氣中的空氣形成溫度差，以使潮濕的空氣形成強大的上升氣流；
3、沒有破壞或防礙強烈而持久的上升氣流形成的因素。
雷雨雲的形成需要一定的條件，從局地條件來看，首先，大氣的垂直層結構必須是不穩定的，以便誘發對流活動的發生和發展；其次，空氣中要有足夠的水分，能夠滿足雲的生成。從天氣背景來看，應當有促發局地對流發展的天氣形勢，如冷鋒過境、正在填塞中的低壓、反氣旋後部、小波動以及高空下股冷空氣活動等。雷雨雲往往由積雲發展而來，它是對流雲發展的成熟階段。一個發展完整的對流雲，一般都有一個形成、成熟和消散的過程。
不同的地方，不同的發展階段，對流雲的厚度相差十分懸殊。在中國西北高原地區，由於大氣中的水汽不充沛，對流雲發展到積雨雲階段也只有3—4公里厚；而中、高緯度的鋒面性對流雲，在發展初期其厚度即可達到5—6公里；在熱帶海洋地區，例如美國的佛羅里達，由於水汽充足，對流雲發展十分旺盛，其雲頂抵達平流層，高度可達20公里以上，其水平尺度一般約為30—40公里。在大多數情況下，雲體先在垂直方向較快增長，當雲頂達到一定的高度並比較穩定之後，才在水平方向較快地增長。
雷雨雲成熟的標誌是伴有雷電活動和降水，當下沉氣流在地面形成陣風時，地面溫度開始明顯下降。一陣電閃雷鳴，狂風暴雨過後，雷雨雲就進入消散階段。在消散階段，雲中已為有規則的下沉氣流所控制。雲體逐漸崩潰，雲上部很快演變成高積雲和偽捲雲，而雲底有時還有一些碎積雲或碎層雲，它們是由降水在地面蒸發後上升凝聚而成的。
雷雨雲
雷雨雲在雷雨雲的下方，大氣的電場與晴天正好反向，也就是說，此時地面帶正電荷。它是由雷雨雲感應產生的。這說明雷雨雲帶有負電荷。大量的研究證明，在雷雨雲中存在著正、負兩種電。正電荷集中在雲的上部，而負電荷集中在雲的中下部。在通常情況下，雲下部的負電荷略多於上部的正電荷。有時，在雲的底部還有一個範圍不大的帶正電荷區域，它一般處於雲的前部，這裡上升氣流有局部的極大值。
帶電原因
雷雨雲中的電荷，主要是雲中水滴、冰晶和霰（俗稱雪子）在重力和強烈上升氣流共同作用下，不斷發生碰撞摩擦而產生的．當冰晶和霰相碰時，短暫的摩擦作用使霰表面局部溫度比冰晶高，結果使霰表面帶上負電，冰晶帶上正電，這就是所謂的溫差效應。當冰晶與霰分開時，結果正負電荷也離開了。當水滴在霰表面凍結時，水滴里外溫度也不一致，水滴外層溫度低先凍結呈正電性，裡面溫度高呈負電性。一旦內部水凍結時，體積迅速膨脹，外層冰殼破裂，冰屑帶著正電荷飛散出去，而留下的凍水滴上仍帶著負電荷．這樣正負電荷也發生了分離，冰屑較輕，被上升氣流帶到雲層頂部，所以雷雨雲上面帶正電荷。強烈上升的氣流也會將雲中大水滴衝破，形成許多帶負電的小水珠和帶正電的較大水珠。帶正電的較大水珠下沉直至被上升氣流支持在雲層底部的局部區域．前面所述帶負電的小水珠和霰等逐漸擴散到雷雨雲下部廣大區域。
雷電放電是由帶電荷的雷雲引起的。雷雲帶電原因的解釋很多，但還沒有獲得比較滿意的一致認識。一般認為雷雲是在有利的大氣和大地條件下，由強大的潮濕的熱氣流不斷上升進入稀薄的大氣層冷凝的結果。強烈的上升氣流穿過雲層，水滴被撞分裂帶電。輕微的水沫帶負電，被風吹得較高，形成大塊得帶負電的雷雲；大滴水珠帶正電，凝聚成雨下降，或懸浮在雲中，形成一些局部帶正電的區域。實測表明，在5～10km的高度主要是正電荷的雲層，在1～5km的高度主要是負電荷的雲層，但在雲層的底部也有一塊不大區域的正電荷聚集。雷雲中的電荷分布很不均勻，往往形成多個電荷密集中心。每個電荷中心的電荷約為0.1庫侖～10庫侖，而一大塊雷雲同極性的總電荷則可達數百庫侖。這樣，在帶有大量不同極性或不同數量電荷的雷雲之間，或雷雲和大地之間就形成了強大的電場。隨著雷雲的發展和運動，一旦空間電場強度超過大氣游離放電的臨界電場強度（大氣中的電場強度約為30kV/cm，有水滴存在時約為10kV/cm）時，就會發生雲間或對地的火花放電；放出幾十乃至幾百千安的電流；產生強烈的光和熱（放電通道溫度高達15000℃至20000℃），使空氣急劇膨脹震動，發生霹靂轟鳴。這就是閃電伴隨雷鳴叫做雷電的緣故。
雷雨雲
雷雨雲起電機理
一塊成熟的雷雨雲，其頂部可以伸展到－40℃的高度（約1萬米以上），而雲底部的溫度卻在10℃以上。由於雲體在垂直方向上跨過了這么寬的溫度範圍，因而雲中水汽凝結物的相態就很不一樣。在雲中有水滴，過冷卻水滴、雪晶、冰晶等。我們把雷雨雲按溫度高低來分層，便可以看：在溫度高於0℃的“暖層”的雲中，全部是水滴（包括雲滴），在溫度0至－8℃的雲層中，即有較多的過冷卻水滴（溫度低於0℃的水滴），也有一些雪晶、冰晶；在溫度低於－20℃的雲層中，由於過冷卻水滴自然凍結的機率大為增加，雲中冰晶的天然成冰核作用更為顯著，故云中基本上都是雪晶和冰晶了。在成熟階段的雷雨雲中，發生著非常複雜的微物理過程，在雲的“暖層”，有水滴之間由於大小不同而發生的重力碰撞，也有湍流碰撞和電、聲碰撞過程。同時，有大水滴在氣流作用下發生變形，破碎而產生“連鎖反應”；還有由雲的“冷層”中掉到“暖層”中來的大雪花、霰等的融化等。在溫度0℃至－20℃的雲層中，水汽由液態往固態轉移十分活躍，冰、雪晶的粘連，大冰晶破碎等也很頻繁。在低於－20℃的雲層中，也還有冰晶之間的粘連和大冰晶的破碎過程發生。在雷雨雲中發生的所有這些微物理過程，都可以導致雲中水汽凝結物電學狀態的改變，對於雷雨雲的起電有十分重要的貢獻。
雷雨雲
雷雨雲雷雨雲起電的機理主要有四種理論：
水滴破裂效應：雲中水滴在高速氣流中作激烈運動，分裂成一些帶負電的較大顆粒和帶正電的較小顆粒，後者同時被上升氣流攜帶到高空，前者落在低空，這樣正負兩種電荷便在雲層中被分離，這也就是造成90%的雲層下部帶負電的原因。
水滴凍冰效應：水滴在結冰過程中會產生電荷，冰晶帶正電荷，水帶負電荷，當上升氣流把冰晶上的水分帶走時，就會導致電荷的分離，而使雷雨雲帶電。
溫差起電效應：實驗證明在冰塊中存在著正離子（H+）和負離子（OH-），在溫度發生變化時，離子發生擴散運動並相互分離。積雨雲中的冰晶和雹粒在對流的碰撞和摩擦運動中會造成溫度差異，並因溫差起電，帶電的離子又因重力和氣候作用而分離擴散，最後達到一定的動態平衡。
綜上所述，雷雨雲起電可能是某一機理也可能是多種機理的效應而產生的。
