基本介紹
- 中文名：雷電
- 外文名：Thunder and lightning
- 屬性：自然現象
- 分類：熱雷電、鋒雷電、地形雷電
基本概念,現象簡介,種類,雷雲的形成,閃電類型,閃電現象,活動規律,襲擊時間,頻率與特性,危害,防雷擊須知,避雷技術,統計,
基本概念
大氣中的水蒸氣是雷雲形成的內因；雷雲的形成也與自然界的地形以及氣象條件有關。
1．熱雷電是夏天經常在午後發生的一種雷電，經常伴有暴雨或冰雹。熱雷電形成很快、持續時間不長，1～2小時；雷區長度不超過200～300km，寬度不超過幾十千米。熱雷電形成必須具備以下條件。
（1）空氣非常潮濕，空氣中的水蒸氣已近飽和，這是形成熱雷電的必要因素。
（2）晴朗的夏天、烈日當頭，地面受到持久暴曬，靠近地面的潮濕空氣的溫度迅速提高，人們感到悶熱，這是形成熱雷電的必要條件。
（3）無風或小風，造成空氣濕度和溫度不均勻。無風或小風的原因可能是這裡氣流變化不大，也可能是地形的緣故（如山中盆地）。
上述條件逐漸形成雲層，同時雲層因極化而形成雷雲。出現上述條件的地點多在內陸地帶，尤其是山谷、盆地。
2．強大的冷氣流或暖氣流同時侵入某處，冷暖空氣接觸的鋒面或附近可產生冷鋒雷電。
（1）冷鋒雷（或叫寒潮雷）的形成是強大的冷氣流由北向南入侵時，因冷空氣較重，所以冷氣流就像一個楔子插到原來較暖而潮濕的空氣下面，迫使暖空上升，熱而潮的空氣上升到一定高度，水蒸氣達到飽和，逐漸形成雷雲。冷鋒雷是雷電中最強烈的一種，通常都伴隨著暴雨，危害很大。這種雷雨一般沿鋒面幾百千米長、20～60km寬的帶形地區發展，鋒面移動速度每小時50～60km，最高可達每小時100km。
（2）暖鋒雷（或叫熱潮雷）的形成是當暖氣流移動到冷空氣地區，逐漸爬到冷空氣上面所引起的。它的發生一般比冷鋒雷緩和，很少發生強烈的雷雨。
3．地形雷電一般出現於地形空曠地區，它的規模較小，但比較頻繁。
現象簡介
雷電是伴有閃電和雷鳴的一種雄偉壯觀而又有點令人生畏的放電現象。雷電一般產生於對流發展旺盛的積雨雲中，因此常伴有強烈的陣風和暴雨，有時還伴有冰雹和龍捲風。積雨雲頂部一般較高，可達20公里，雲的上部常有冰晶。冰晶的凇附，水滴的破碎以及空氣對流等過程，使雲中產生電荷。雲中電荷的分布較複雜，但總體而言，雲的上部以正電荷為主，下部以負電荷為主。因此，雲的上、下部之間形成一個電位差。當電位差達到一定程度後，就會產生放電，這就是我們常見的閃電現象。閃電的的平均電流是3萬安培，最大電流可達30萬安培。閃電的電壓很高，約為1億至10億伏特。一個中等強度雷暴的功率可達一千萬瓦，相當於一座小型核電站的輸出功率。放電過程中，由於閃電通道中溫度驟增，使空氣體積急劇膨脹，從而產生衝擊波，導致強烈的雷鳴。 帶有電荷的雷雲與地面的突起物接近時，它們之間就發生激烈的放電。在雷電放電地點會出現強烈的閃光和爆炸的轟鳴聲。這就是人們見到和聽到的閃電雷鳴。
“雷電”自然現象
“雷電”自然現象種類
連發式雷電直擊雷就是在雲體上聚集很多電荷，大量電荷要找到一個通道來泄放，有的時候是一個建築物，有的時候是一個鐵塔，有的時候是空曠地方的一個人，所以這些人或物體都變成電荷泄放的一個通道，就把人或者建築物給擊傷了。直擊雷是威力最大的雷電，而球形雷的威力比直擊雷小。
雷雲的形成
1對流雲初始階段的“離子流”假說
大氣中存在著大量的正離子和負離子，在雲中的雨滴上，電荷分布是不均勻的，最外邊的分子帶負電，裡層的帶正電，內層比外層的電勢差約高0.25V。為了平衡這個電勢差，水滴就必須優先吸收大氣中的負離子，這就使水滴逐漸帶上了負電荷。當對流發展開始時，較輕的正離子逐漸的被上升的氣流帶到雲的上部；而帶負電的雲滴因為比較重，就留在了下部，造成了正負電荷的分離。
2冷雲的電荷積累
當對流發展到一定階段，雲體伸入0℃層以上的高度後，雲中就有了過冷水滴、霰粒和冰晶等。這種由不同相態的水汽凝結物組成且溫度低於0℃的雲，叫冷雲。冷雲的電荷形成和積累過程有如下幾種：
① 過冷水滴在霰粒上撞凍起電
在雲層重有許多水滴在溫度低於0℃時也不會凍結，這種水滴叫過冷水滴。過冷水滴是不穩定的，只要它們被輕輕地震動一下，就馬上凍結稱冰粒。當過冷水滴與霰粒碰撞時，會立即凍結，這叫撞凍。當發生撞凍時，過冷水滴外部立即凍成冰殼，但它的內部仍暫時保持著液態，並且由於外部凍結放的潛熱傳到內部，其內部液態過冷水的溫度比外面的冰殼高。溫度的差異使得凍結的過冷水滴外部帶上正電，內部帶上負電。當內部也發生凍結時，雲滴就膨脹分裂，外表皮破裂成許多帶正電的冰屑，隨氣流飛到雲層上部，帶負電的凍滴核心部分則附在較重的霰粒上，使霰粒帶負電並留在雲層的中下部。
② 冰晶與霰粒的摩擦碰撞起電
霰粒是由凍結水滴組成的，成白色或乳白色，結構比較鬆脆。由於經常有冷水滴與它撞凍並釋放潛熱，它的溫度一般比冰晶高。在冰晶中含有一定量的自由離子（OH-和H+），離子數隨溫度升高而增多。由於霰粒與冰晶接觸部分存在著溫度差，高溫端的自由離子必然要多於低溫端，因而離子必然從高溫端向低溫端遷移。離子遷移時，帶正電的氫離子速度較快，而帶負電的較重的氫氧根離子則較慢。因此，在一定時間內就出現了冷端氫離子過剩的現象，造成了高溫端為負，低溫端為正的電極化。當冰晶與霰粒接觸後，又分離時，溫度較高的霰粒就帶上了負電，而溫度較低的冰晶就帶上了正電。在重力和上升氣流的作用下，較輕的帶正電的冰晶集中到雲的上部，較重的帶負電的霰粒則停留在雲層的下部，因而造成了冷雲的上部帶正電而下部帶負電。③ 水滴因含有稀薄鹽分而起電
雷電
雷電出了上述冷雲的兩種起電機制外，還有人提出了由於大氣中水滴含有稀薄鹽分而產生起電機制。當雲滴凍結時，凍的晶格中可以容納負的氯離子，卻排斥正的鈉離子。因此，水滴凍結的部分帶負電，而未凍結的部分帶正電（水滴凍結時是從裡向外進行的)。由於水滴凍結而成的霰粒在下落的過程中，摔掉表面還未來得及凍結的水分，形成許多帶正電的小雲滴，而凍結的核心部分則帶負電。由於重力和氣流的分選作用，電正點的小滴被帶到雲的上部，而帶負電的霰粒則停留在雲的中、下部。
3 暖雲的電荷積累
在熱帶地區，有一些雲整個雲體都位於0℃以上區域。因而只含有水滴而沒有固態水粒子。這種雲叫暖雲或水雲。暖雲也會出現雷電現象。在中緯度地區的雷暴雲，雲體位於0℃等溫線一下的部分，就是雲的暖區。在雲的暖區里也有起電過程發生。
在雷雨雲的發展過程中，上數機制在不同的發展階段分別起作用。但是，最主要的帶電機制還是由於水滴凍結造成的。大量觀測事實表明，只有當雲頂呈現纖維狀，絲縷結構時，雲彩發展成為雷雨雲。飛機觀測發現，雷雨雲中存在以冰、雪晶和霰粒為主的大量雲粒子，而且大量電荷的積累即雷雨雲迅猛帶電機制，必須依靠霰粒生長過程的碰撞、撞凍和摩擦等才能發生。
閃電類型
閃電在雲中陰陽電荷之間閃爍，而使全地區的天空一片光亮時，那便稱為片狀閃電。
未達到地面的閃電，也就是同一雲層之中或兩個雲層之間的閃電，稱為雲間閃電。有時候這種橫行的閃電會行走一段距離，在風暴的許多公里外降落地面，這就叫做“晴天霹靂”。
閃電現象
暴風雲通常產生電荷，底層為陰電，頂層為陽電，而且還在地面產生陽電荷，如影隨形地跟著雲移動。陽電荷和陰電荷彼此相吸，但空氣卻不是良好的傳導體。陽電奔向樹木、山丘、高大建築物的頂端甚至人體之上，企圖和帶有陰電的雲層相遇；陰電荷枝狀的觸角則向下伸展，越向下伸越接近地面。最後陰陽電荷終於克服空氣的阻障而連線上。巨大的電流沿著一條傳導氣道從地面直向雲涌去，產生出一道明亮奪目的閃光。一道閃電的長度可能只有數千米，但最長可達數百千米。
閃電的溫度，從攝氏一萬七千度至二萬八千度不等，也就是等於太陽表面溫度的3~5倍。閃電的極度高熱使沿途空氣劇烈膨脹。空氣移動迅速，因此形成波浪並發出聲音。閃電距離近，聽到的就是尖銳的爆裂聲；如果距離遠，聽到的則是隆隆聲。你在看見閃電之後可以開動秒表，聽到雷聲後即把它按停，然後以3來除所得的秒數，即可大致知道閃電離你有幾千米。
活動規律
1．雷電活動的一般條件如下。
（1）地質條件：土壤電阻率的相對值較小時，就有利於電荷很快聚集。局部電阻率較小的地方容易受雷擊；電阻率突變處和地下有導電礦藏處容易受雷擊；實際上接地網電阻率，會增大雷擊機率。
（2）地形條件：山谷走向與風向一致，風口或順風的河谷容易受雷擊；山嶽靠近湖、海的山坡被雷擊的機率較大。
（3）地物條件：有利於雷雨雲與大地建立良好的放電通道。空曠地中的孤立建築物，建築群中的高聳建築物容易受雷擊；大樹、接收天線、山區輸電線路容易受雷擊；符合尖端放電的特性，基站鐵塔建成後也會增大雷擊的機率。
2．根據工程經驗，下列地點可能是雷害發生機率較高的地點。
（1）10m深處的土壤電阻率r10發生突變的地方。
（2）在石山與水田、河流交界處，礦藏邊界處，進山森林的邊界處，某些地質斷層地帶。
（3）面對廣闊水域的山嶽陽坡或迎風坡。
（4）較高、孤立的山頂。
（5）以往曾累次發生雷害的地點。
（6）孤立桿塔及拉線，高聳建築群及其他接地保護裝置附近。
襲擊時間
每時每刻世界各地大約正有1800個雷電交作在進行中。它們每秒鐘約發出600次閃電，其中有100次襲擊地球。
頻率與特性
在任何給定時刻，世界上都有1800場雷雨正在發生，每秒大約有100次雷擊。在美國，雷電每年會造成大約150人死亡和250人受傷。全世界每年有4000多人慘遭雷擊。在雷電發生頻率呈現平均水平的平坦地形上，每座300英尺高的建築物平均每年會被擊中一次。每座1200英尺的建築物，比如廣播或者電視塔，每年會被擊中20次，每次雷擊通常會產生6億伏的高壓。
每個從雲層到地面的閃電實際上包含了在60毫秒間隔內發生的3到5次獨立的雷擊，第一次雷擊的峰值電流大約為2萬安培，後續雷擊的峰值電流減半。最後一次雷擊之後，可能會有大約150安培的連續電流，持續時間達100毫秒。
危害
閃電的受害者有2/3以上是在戶外受到襲擊。他們每3個人中有兩個倖存。在閃電擊死的人中，85%是女性，年齡大都在10歲至35歲之間。死者以在樹下避雷雨的最多。
雷電對人體的傷害，有電流的直接作用和超壓或動力作用，以及高溫作用。當人遭受雷電擊的一瞬間，電流迅速通過人體，重者可導致心跳、呼吸停止，腦組織缺氧而死亡。另外，雷擊時產生的是火花，也會造成不同程度的皮膚燒灼傷。雷電擊傷，亦可使人體出現樹枝狀雷擊紋，表皮剝脫，皮內出血，也能造成耳鼓膜或內臟破裂等。
雷電對生物病態細胞的特殊作用
閃電大家都知道，它來源於夏季的積雨雲層。當攜帶電荷的雲層臨近地面上高大的建築物時，就會出現正負電荷對撞，並形成強大的閃光，同時會伴隨空氣的共振產生巨大的轟鳴聲，這就是雷電。有時，人們把閃電稱作雷電。為什麼叫雷電呢？因為“雷”象徵爆炸，“雷鳴電閃”中的“雷”形容聲音，而“閃”是由於正負電荷撞擊而形成的光輻射，所以，人們將自然界中的打雷和閃電統稱為雷電。閃電的電壓是很高的，約為1億至10億伏特，一個中等強度的雷電釋放的功率可高達1000萬瓦，相當於一座小型核電站的輸出功率。避雷針只能預防直擊雷的強大電荷衝擊，而對強雷電磁感應的電荷就很難起作用了。 雷電分為接觸電荷和感應電荷。
（1）接觸電荷：在強大的積雨雲層中，由於電荷不斷積累，形成了強大的靜電高壓電場。在電場力作用下，對地面上的高大物體形成尖端放電，以卸載電荷。在這種情況下，雲層攜帶的是正電荷，大地攜帶的是負電荷。當正負電荷相互碰撞時，就會形成瞬間的中和反應，這也叫直擊雷。
雷電會給人類生活造成巨大的破壞，每年的雷雨季節給人類造成的直接經濟損失就高達數億美元，每年被雷電擊中死亡的人和其他動物數量高得驚人，而且這個數量還在不斷攀升。雷電對人體的傷害主要包括兩個類型：
（1）直擊雷：當人遭到雷擊的一瞬間，強大的電流會迅速通過人體，嚴重者可導致心跳停止、肺功能衰竭、腦組織缺氧而死亡。另外，雷擊產生的高溫弧光也會形成人體不同程度的皮膚灼傷和碳化。人體遭雷電擊傷，會形成樹枝狀的雷擊紋理，致使皮膚剝脫和出血，也可造成耳鼓和內臟破裂等等。另外，據不完全統計，在每年的雷雨季節中，世界上所發生的雷擊高達1700次左右，全世界每年大概有數千人遭受雷擊。在比較平坦的地形上，30米左右高的建築物平均每年就會被擊中一次；每座數十米及以上的高層建築物，如廣播或電視塔，每年會被擊中20次左右，每次雷擊所產生的高電壓達6億伏左右。如果沒有避雷設備，這些建築物早就被毀掉了。從雲層到地面的閃電雷擊，它也包含了在50毫秒左右間隔之內的發生次數，也就是4次左右的獨立雷擊次數。第一次的雷擊峰值電流大約在2萬安培左右，而後續雷擊的電流峰值則會減半，最後一次雷擊很可能產生大約140安培左右的持續電流，其持續的時間可長達數十毫秒左右。
（2）雷電感應。是在雷電感應過程中產生的強大瞬間電磁場，這種強大的感應磁場，可在地面金屬網路中產生感應電荷。包括有線、無線通訊網路，電力輸電網路和其他金屬材料製成的線路系統。高強度的感應電荷會在這些金屬網路中形成強大的瞬間高壓電場，從而形成對用電設備的高壓弧光放電，最終會導致電氣設備燒毀。尤其對電子等弱電設備的破壞最為嚴重，如，家用電器的電視機、電腦、通信設備、辦公設備等等。每年，被感應雷電擊毀的用電設備事故達千萬件以上。這種高壓感應電也會對人身造成傷害。
在上世紀80年代的中國，由於電視剛剛普及，電視天線的高度大都在10米左右，有的還不到10米。這樣的天線高度在平原區是常見的，而四周的高大物體也是非常多的，主要包括：樹木、高層建築、水塔、市電網路等。鑒於民用電視天線的高度，其遭受直擊雷的機率是很低的。
一次偶然的強雷電，讓人們了解到了由強雷電而引起的瞬間強磁電轉換過程。事故現場電視天線的高度為6米左右，不超過四周的近距離建築物高度和樹木的高度。樹木的高度為10米，建築物高度為8米，積雨雲層距地面電視天線的高度為300米以上，距強雷電發生的距離為1000米。入室的電視天線和電視電源插頭已拔掉，天線接頭距離電視接線端子為20公分左右，電視天線的饋線長度不超過20米，天線接收器為一般簡易的民用振子天線。一道閃光過後，巨大的雷從1000米的高空炸起，此時只聽電視機後面“啪”的一聲，一道弧光閃過。近前一看，電視天線與電視機的各接線端頭都被高壓電弧燒毀了。當時屋裡所有的人都被這突然的放電聲嚇了一跳，慶幸距離電視機較遠，不然後果不敢構想。一萬伏高壓靜電能擊穿1公分的乾燥空氣介質，按天線接頭距離電視接線端子20公分的距離來計算，需要20萬伏高電壓才能擊穿。由於當時是雷雨天氣，屋裡的空氣濕度較大，擊穿1公分空氣介質的電壓應在5000伏左右，即使這樣擊穿20公分空氣介質的電壓也要在10萬伏左右。上述的數據只是粗略的計算，在20米長的金屬導體上究竟能產生多高的磁感應電荷，還要進行進一步的研究工作。
此處介紹了很多雷電對人類的不利因素，下面談談雷電給人帶來的好處。在社會上，常會聽到這樣的新聞：有些病人被醫院判了“死刑”，或者說，有的病人被醫院認定患的是永遠治不好的病。而在一次強雷電過後，病卻突然好了起來，眼睛看不到的和耳聾的人也都復明、復聰。其實這不是什麼秘密。人類的感覺器官是通過神經系統傳遞信息的，由於某種病態，導致一部分人失明和耳聾，很有可能在瞬間強大的電磁——磁電轉換過程中，由於強磁場或者強電場的激發而使原有的神經或者感覺器官恢復正常的功能。人們都知道，人體細胞是由大化學分子組合而成的，細胞膜是人體生物電場的最小單位。人體的病灶很有可能是由於細胞的不正常電位變化而形成的，而在恰當頻率和波長的強電場或強磁場狀態下，細胞的不正常電位會轉換為正常電位，使人的病灶康復。在現代醫療中，也常有醫生們用電療方法刺激人體的病灶部位，使人的機體逐漸康復。
總而言之，事物不是一成不變的。雷電是一種強大的電脈衝波，也會形成強脈衝磁場。強雷電是一把雙刃劍，可以給人類帶來災難，也可以帶來福音。人體是電的導體，強磁場會在人體中產生瞬間的感應電流而流通人體的所有經絡；人體也是一個電磁源，外界各種不同強度、頻率和波長的電磁場都會對人體產生影響。適合的強電磁脈衝輻射會促進人體病灶激發轉換，也會使人體產生特異功能，這就是現代哲學思想。較強的靜態磁場會促進人體腦電波的強化，從而構成大腦潛意識的不同聯想思維，改變原有的機體功能。由磁場影響而產生的夢幻覺可改變人的潛意識思維狀態，改變大腦日常較強的暗示指令意識，使人產生錯誤的行為，甚至走上犯罪道路。
防雷擊須知
雷擊易發生的部位
1.缺少避雷設備或避雷設備不合格的高大建築物、儲罐等
2.沒有良好接地的金屬屋頂
3.潮濕或空曠地區的建築物、樹本等
4.由於煙氣的導電性，煙囪特別易遭雷擊
預防雷電的方法
應急要點：
1.注意關閉門窗，室內人員應遠離門窗、水管、煤氣管等金屬物體。
2.關閉家用電器，拔掉電源插頭，防止雷電從電源線入侵。
3.在室外時，要及時躲避，不要在空曠的野外停留。在空曠的野外無處躲避時，應儘量尋找低洼之處（如土坑）藏身，或者立即下蹲，降低身體高度。
4.遠離孤立的大樹、高塔、電線桿、廣告牌
5.立即停止室外游泳、划船、釣魚等水上活動。
6.如多人共處室外，相互之間不要擠靠，以防雷擊中後電流互相傳到。
專家提示：
1.高大建築物上必須安裝避雷裝置，防禦雷擊災害。
2.在戶外不要使用手機
3.對被雷擊中人員，應立即採用心肺復甦法搶救。
避雷技術
由中國科學院研究員、國際宇航科學院院士在國際上首次提出了通過消除雷擊危險性，使保護目標不再遭受雷擊的新一代避雷技術，稱為“智慧型避雷技術” 。以原中國科學院空間中心電學組專家團隊，經過十多年的潛心研究開發，從理論分析、模擬計算、實驗測試、模型實驗、工程實用化研究、外場實驗等各個角度和方法的研究，都證明了這一技術的合理性和可行性。期間經多次大小各類專家會議的評審鑑定，得到充分肯定，被譽為“21世紀防雷事業的曙光” 。
統計
雷電次數——當雷暴進行時，隆隆的雷聲持續不斷，若其間雷聲的時間間隔小於15分鐘時，不論雷聲斷續傳播的時間有多長，均算作是一次雷暴；若其間雷聲的停息時間在15分鐘以上時，就把前後分作是兩次雷暴。
雷電小時——就是說在該天文小時內發生過雷暴，更通俗些說是在這個時間裡曾聽到過雷聲而不論雷暴持續時間的長短如何。某一地區的"年雷電小時數"也就是說該地區一年中有多少個天文小時發生過雷暴，而不管在某一小時內雷暴是足足繼續了一小時之久，還是只延續了數分鐘。
雷暴日數——也叫做雷電日數。這是我們所最熟悉的。只要在這一天內曾經發生過雷暴，聽到過雷聲，而不論雷暴延續了多長時間，都算作一個雷電日。"年雷電日數"等於全年雷電日數的總和。
雷暴月數——也叫做雷電月數，即指在這一個月內曾發生過雷暴。"年雷暴月數"也就是指一年中有多少個月發生過雷暴。
