分類: 天文 常識(shí)詞典 編輯 : 常識(shí) 發(fā)布 : 12-19

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大氣中的放電現(xiàn)象。常見於夏季的雷雨。云和云之間的放電現(xiàn)象占閃電的絕大多數(shù)，云和地面之間的放電則會(huì)影響人類，對(duì)建筑物和電器設(shè)備的危害極大，可安裝避雷針或避雷裝置來避免雷擊損害。雖然一般都把積雨云與雷雨聯(lián)想在一起，但是熱帶地區(qū)的很多深對(duì)流積雨云與雷雨并沒有相關(guān)，這其中的關(guān)鍵是牽涉到深對(duì)流積雨云里的起電以及電位產(chǎn)生過程。

積雨云里的起電過程主要是透過霰與冰晶在過冷水存在的區(qū)域里的碰撞摩擦過程而產(chǎn)生。過冷水區(qū)域的產(chǎn)生是透過積雨云里旺盛的上升運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生和維持，而電荷的分離是云里不同大小顆粒的重力差異產(chǎn)生。積雨云的起電效率取決於每單位體積的積雨云里發(fā)生粒子與粒子間的碰撞摩擦效率。

一般缺少閃電的積雨云的原因云里是缺少過冷水或是冰晶，對(duì)於熱帶地區(qū)的深對(duì)流云而言，缺少冰晶粒子的情形是不太可能發(fā)生，因此缺少過冷水是熱帶海洋深對(duì)流云無法產(chǎn)生閃電的主要原因。讓海洋性深對(duì)流云無法形成是夠多過冷水?dāng)?shù)量的主因是海洋性深對(duì)流缺少熱帶陸地區(qū)域深對(duì)流的旺盛中層上沖流所致。由於缺乏旺盛的中層上沖流，使得熱帶海洋地區(qū)的深對(duì)流云的特徵是低過冷水?dāng)?shù)量，高濃度的小冰晶粒子(<0.5mm)，以及稀少的大冰晶粒子。

對(duì)流云里起電過程的必要條件是云里要存在著足夠多的云水。當(dāng)這些云水被上沖流帶到高對(duì)流層的零下40°C區(qū)域時(shí)，這些被帶上來的云水，一些是以過冷水的方式存在，一些則凝結(jié)形成冰晶。透過這些冰晶的成長而形成較大的冰晶，因受到重力作用而做下降運(yùn)動(dòng)，在通過過冷水濃度高的區(qū)域時(shí)，產(chǎn)生冰晶和過冷水的碰撞接觸。碰撞接觸使得過冷水在冰晶表面開始凝結(jié)而形成冰晶成長的過程，稱為霜化，進(jìn)而形成更大顆粒的霰。因此，深對(duì)流云里此時(shí)同時(shí)存在較小顆粒的冰晶和較大顆粒的霰。透過云里的上沖流以及不同顆粒大小的粒子受到不同重力作用而產(chǎn)生的向下運(yùn)動(dòng)，這些云里冰晶和霰粒子晶的上上下下運(yùn)動(dòng)使得軟電和冰晶產(chǎn)生無數(shù)次的碰撞摩擦。

如果此時(shí)有豐富的云水存在，霰會(huì)獲得冰晶上的負(fù)電荷而形成帶負(fù)電的粒子，冰晶因失去負(fù)電子而帶正電；若云水較少，霰容易帶正電，冰晶則是帶負(fù)電。由於冰晶質(zhì)量較輕，因此在上沖流持續(xù)的作用之下，較輕的冰晶粒子傾向於集中在對(duì)流云的上層，至於較重的霰則會(huì)隨著重力下降的過程而逐漸的集中於對(duì)流云的底部，使得對(duì)流云的上層帶正電，而對(duì)流云的底層帶負(fù)電，形成云內(nèi)部的電位差，還有云底和地面的電位差。當(dāng)電位差的值大到足以克服空氣的電阻值，產(chǎn)生放電的現(xiàn)象而形成閃電。倘若放電的現(xiàn)象是由云對(duì)地的放電，稱為「云對(duì)地閃電」；若發(fā)生在云內(nèi)部或云與云之間，稱為「云間閃電」。

從以上的討論可得知積雨云起電有兩個(gè)重要必要條件。對(duì)流云里存在著充份的云水，以及對(duì)流云里旺盛的上沖流是積雨云里起電的必要條件。旺盛的上沖流將云水帶到極低溫的高層而形成過冷水和冰晶粒子，冰晶粒子在豐富過冷水環(huán)境下的成長及其透過霜化過程形成較大且較重顆粒的軟雹是第二個(gè)重要的必要條件。

透過軟雹和冰晶粒子在對(duì)流云里上上下下運(yùn)動(dòng)過程中的碰撞摩擦作用使得軟雹獲得電子而帶負(fù)電，而冰晶因失去負(fù)電荷而帶正電。就是由於積雨云里這些無數(shù)次的軟雹和冰晶的碰撞摩擦過程，使得積雨云開始起電。因此充份的云水和持續(xù)旺盛的上沖流所帶來的過冷水、冰晶和軟雹是積雨云起電的必要條件。

目前全球的閃電偵測主要可分為衛(wèi)星閃電偵測和各個(gè)國家地區(qū)的地面閃電儀偵測兩種。衛(wèi)星閃電偵測主要是由美國太空總署的熱帶地區(qū)降雨偵測任務(wù)(Tropical Rainfall Measuring Mission, TRMM)衛(wèi)星上的閃電影像感應(yīng)儀LIS和OTD所提供，而近地面的觀測儀器則有如北美閃電觀測網(wǎng)和我國由臺(tái)灣電力公司目前操作的TLDS全閃電偵測系統(tǒng)。衛(wèi)星閃電偵測可提供全球熱帶地區(qū)閃電分布的觀測資料，但是因?yàn)樾l(wèi)星繞行軌道的特性，因此衛(wèi)星資料無法對(duì)單一的雷雨云系統(tǒng)進(jìn)行持續(xù)的追蹤觀測。地面的閃電偵測系統(tǒng)則能夠長時(shí)間的提供高解析度連續(xù)全閃電偵測資料，例如北美閃電觀測網(wǎng)的資料以及臺(tái)灣電力公司的IMPACT(第一代云對(duì)地閃電偵電偵測系統(tǒng))和TLDS(第二代全閃電偵測系統(tǒng))皆提供豐富資料以了閃電在時(shí)間和空間上的變化情形。大氣的放電現(xiàn)象除了云間和云對(duì)地閃電之外，亦會(huì)發(fā)生云頂向高層大氣放電的現(xiàn)象而生成紅色精靈和藍(lán)色精靈。紅色精靈(sprites)多發(fā)生於雷雨云頂向電離層的放電現(xiàn)象，而藍(lán)色精靈(blue jets)則多為雷雨云頂至平流層的放電現(xiàn)象。

中文關(guān)鍵字：積雨云 , 冰晶 , 霰 , 過冷水 , 上沖流

英文關(guān)鍵字cumulonimbus , ice particle , grauple , supercooled water , updraft

參考資料

Rakov,V.A. and M.A. Uman. 2003. Lightning, New York: Cambridge University Press.Doswell III, C.A. eds. 2001. Severe Convective Storms. Boston: American Meteorological Society. Wallace, J.M. and P.V. Hobbs. 1977. Atmospheric Science: An Introductory Survey. Burlington, MA: Elsevier Academic Press.Rogers,R.R. and M.K. Yau. 1989. A Short Course in Cloud Physics. New York: Pergamon Press. NASA MSFC Earth Science Office. http://.ghcc.msfc.nasa.gov。Lightning Detection. http://.srh.noaa.gov/ohx/educate/lightning。Vaisala's U.S. National Lightning Detection Network. http://.vaisala/weather/products/lightuing/knowledgecenter/

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