闪电形成的条件有哪些

王朝干货·作者佚名  2011-12-22
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对闪电或雷暴的客观环境场进行剖析发现客观环境场包括:大气中的晴空电场;大气中的地球磁场;大气中的重力场;空气、水分子、水成物等的物质场和云体内部及其附近的流场。

⑴ 晴空电场

大气上层的气体分子受太阳辐射与宇宙射线的作用容易发生电离,形成了电离层。它随太阳活动的变化而变化,它有与太阳活动一致的27.2753天与11年的周期变化。另外还有受太阳扰动期间所喷发出来的带电粒子流作用(简称太阳磁暴)会有1~2天的扰动的电离层暴。电离层暴有以下特点:①正相电离层暴,临界频率比正常值增大,多发生于赤道地区上空 ;②负相电离层暴,临界频率低于正常值 ,多发生于中 、高纬度地区,强度大,持续时间长;③ 双相电离层暴,临界频率有高于正常值的,也有低于正常值的。

把电离层视为上极板,把地表面视为下极板,那么与大气层一起就构成了一个巨大的电容器。上极板电离层含有正电荷,下极板地表面含有负电荷,两极之间的大气层就有大气电场(或称晴空电场)。晴空电场的强度也有年和日的变化:年变化冬季最大,夏季最小;24小时变化04-06时和12-16时最小,07-10时和19-21时最大。大气中除了水成物以外,还有含有中性的分子、原子和较重的离子。通常情况下正离子因重量较重而向下运动,负离子重量较轻而向上运动,从而使大气中始终存在着微弱的电流,即称晴空电流。据观量晴空电流较为稳恒,强度较弱,其值随高度变化也不大。

大气层上空有F、E、D三电离层,有的是正电离层,有的是负电离层,但是通常情况下大部分电离层都带正电荷,相对应的地球表面则带负电荷。由于电离层与大地之间充满着含有一定水(汽)分子以及氮、氢、二氧化碳、杂质等空气。某地区上空有云系,水成物双偶极性的物理属性在晴空电场中容易使云系中的云滴与水滴电离,同时在其本身电介质的“范德华力”作用下使相同电荷有序地结集在一起。若空中只有一层云块或云层,自然感应出的云块或云层上(顶)部是负电荷与下部(底}部是正电荷;若空中有二层云块或云层,大地与电离层之间的电场会使两层云层感应出两层相间交替的正负电荷的层。[32][33][39]

⑵ 地球磁场

地球是一个巨大磁铁,地球上任何地方都有0.1-0.5高斯的磁场强度,磁力线方向由南向北走向。虽然地磁强度与太阳活动的日变化与年变化以及它的黑子、磁暴等密切相关,但是其值基本稳定在此范围内。[29][30]

⑶ 重力场

地球上的任何物体,也包括大气中的水成物,在任何地方都会受到重力场的作用与影响。虽然重力加速度会随地理纬度与离地面高度增大而发生变化,但基本保持在9.80米/秒/秒左右,重力指向始终朝着地球的质量中心。

⑷ 物质场

积雨云中除了空气以外还有水分子、水汽、云滴、过冷却水、雨滴、晶粒、雪雹、冰晶等水成物。由电介质物理学可知,水成物和地面建筑物都有一定电介质和磁介质常数的物质,它们都具有能积集和维储电荷特性。[26][27][28]

⑸ 气流场

积雨云发展初期,近地面都有明显的辐合上升气流,通常地面风力达4级以上。云系底部不仅有强烈的上升气流,而且还有下沉与涡旋气流,习惯上把这些气流通称是湍流。湍流使挟带着的水成物在云体中翻滚于不同的温度层间,从而促使云体中的云滴、雨滴、雪粒、冰晶、冰雹发生碰撞、破碎等起电作用。

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