[科普中国]-条状闪电

条状闪电 streak lightning ，闪电通道呈条状而不分叉的闪电。而streak lightning又有枝状闪电的意思，因此应该是线状闪电的一种。

线状闪电一般都是一种蜿蜒曲折枝义纵横的巨型电气火花，长2-3公里，也有长达10公里的，是闪电中最强烈的一种，对电力、电讯系统及人畜和建筑物等威胁最大。当雷云与大地间或雷云相互间的电场强度由于游离电荷的逐渐累积而增长到足以使空气绝缘破坏的强度（最高时可达100kV/m）时，就会产生种强烈的放电现象，在放电的瞬间具有极大的能量，电压可以积累到1,000-100,000kV以上，放电电流可高达数十万安培，而放电时间只不过千分之几秒。线状闪电大多是雷云与大地间的放电，但也有的是雷云之间的放电。这种闪电可以同时击在不同的地方，一般分为前导放电和主放电等阶段。在大多数情况下（约50-70%以上），雷云与大地间的放电过程不是单一的而是多重的，也就是说由若干个先后在同一通道上发展的单一的放电所组成。重复放电的数目一般为1-27次，单次放电的延续时间一般为0.001~0.02秒，各次放电的间隔时间为0.01~0.05秒。

线状闪电与其他电不同的地方是它电流强度特别大, 平均可达几万安培, 在少数情况下可达20万安培。这么大的电流强度可毁坏和摇动大树, 有时还能伤人。当它接触到建筑物时, 常造成“雷击”而引起火灾。线状闪电多数是云对地的放电。1

而且条状闪电还可能是黑色闪电的产生条件之一。科学家通过长期观察和研究证实,黑色闪电是存在的。1974年前苏联天文学家B·契而诺夫曾观测到一次黑色闪电。分析表明,黑色闪电是由分子气溶胶聚集物产生出来的,而这些聚集物则产生于太阳、宇宙光、云电场、条状闪电以及其他因素在大气中的长期作用。

雷电的产生雷电的产生

根据大量科学测试得知, 地球本身就是一个电容器, 通常大地稳定地带负电荷 50 万库仑左右。 而地 球上空存在一个带正电的电离层, 这两者之间便形成一个已充电的电容器, 它们之间的电压为 3 00 kV 左右, 并且场强为上正下负。当地面含水蒸汽的空气, 受到炽热的地面烘烤受热而上升,或者较温暖的潮湿空气与冷空气相遇时 , 产生向上的气流。 这些含水蒸 汽的上升 气流上升时, 温度 逐渐下降形 成雨滴、 冰雹( 称为水成物) 。这些水成物在地球静电场的作用下被极化, 负 电荷在上, 正电荷在下。它们在重力作用下, 落下的速度比云滴 和冰晶( 这二者称为云粒子) 落下的速度要大。因此极化水成物 在下落过程中, 要与云粒子发生碰撞。碰撞的结果, 使其中一部 分云粒子被水成物所捕获, 增大了水成物的体积。 另一部分未被捕获的被反弹 回去, 而反弹回去 的云粒子 带走水成物 前端的部 分正电荷, 使水成物带上负电荷。由于水成物下降的速度快, 而 云粒子下降 的速度慢, 因此带 正、 负 两种电荷的 微粒逐渐 分离( 这叫重力分离作用) , 如果遇到上升气流, 云粒子不断上升, 分离 的作用更加明显。 最后形成带正电的云粒子在云的上部, 而带负电的水成物在 云的下部, 或者带 负电的水 成物以雨或 雹的形式 下降到地面。 带电云层一经形成, 就形成雷云空间电场。 雷云空间电场的方向 和地面与 电离层之间 的电场方 向是一致的, 都是 上正下负。 因而加强了大气的电场强度, 使大 气中水成物的极化更厉害, 在上升气 流存在的 情况下, 更加剧重 力分离作用, 使上 下云层的电荷量急剧增加, 因而雷云发展得更快。雷云发展过程中,上下云层 间的距离 是在缓慢的 变大, 而上下云层 的电荷量 是急剧增加。

上下云层间 的电压逐 渐升高, 最终击穿 上下云层间 的空气, 形成云间放电。若带负电的水成物, 以雨或雹的形式 下降到地面, 随着上升气流的减弱或消失, 带正电的云 粒子在重力的作用下逐渐下落。 使得带正电的云粒子, 与带负电的大地或大地上的突出物间的电压不断升高, 最终击穿它们之间的空气, 形成云对大地或大地上的突出物间的放电。大自然中, 雷云的放 电, 95 % 是云对云的放电。我国的雷电高峰大多在 7 、 8 月份。2

闪电的特点1、 冲击电流大。

雷电流强度可高达几万～几十万安培。

2、 时间短。

一般雷击分为三个阶段, 即先导放电、 主放电、 余光放电。 整个过程一般不会超过 6 0 微秒。

3、 雷电流变化梯度大。

雷电流变化梯度大, 有的可达 10 千安/ 微秒。

4、 冲击电压高 。

强大的电流产生的交变磁场, 其感应电压可高达上亿伏。

利用避雷针的由来许多人都想揭穿雷电的秘密。第一个做实验并成功的人是美国人富兰克林。1725年7月, 富兰克林做了一次震惊世界的实验。他在大雷雨即将到来之前, 把一只大风筝放到天空, 风筝越飞越高, 肉眼几乎看不见, 这时大雨倾盆而下, 富兰克林握风筝线的手突然感到一阵麻木, 紧接着, 挂在风筝线下端的铜铃碰动起来, 伴随着阵阵声响冒出点点火花。“成功了! 成功了! ”富兰克林扔下风筝兴奋地大叫起来。他冒着生命危险终于揭开了雷电之谜。1753年, 俄国著名电学家利赫曼为验证富兰克林的实验, 不幸被雷电击死, 这是做雷电实验的第一个牺牲者。血的代价, 使许多人对雷电试验产生了戒心和恐惧。但富兰克林没有退缩, 经多次试验, 他制成了一根实用的避雷针。他把几米长的铁杆, 用绝缘材料固定在屋顶, 杆上紧拴着一根粗导线, 一直通到地里。当雷电袭击房子的时候, 它就沿着金属杆通过导线直达大地, 房屋建筑完好无损。避雷针相继传到英国、德国、法国,最后普及世界各地。3

其他设想当今世界 随 着化石能 源 的 日益耗尽,寻找新能源 成 了 当务之 急。闪电蕴 合着 巨大的 能量,是 大自然 赠与人类的礼 物,如 若好 好 开发 利用,很有潜 力成 为 一种 引领时代的 新能 源。闪电储能 系 统的 工作原理 类似于 避雷 针,在雷雨 频发 的 地 区通过 引流 器将 巨大 的能量引 流到 若干 个大型 储电池中,并将能 量储存。此系统 将通过构 建 物理 模型 等方法 论证 其可 行性,还将从环境,经 济效益 等众 多领域综 合考虑其运 用价值。目前此系 统很多技 术已经 能达 到相 应的运用 水平,但还有很多技术 只是停在理论 水平,但随着科学技术 的不 断进步,闪电储能系 统投 入使用指 日可 待。4

探索大气科学名词与闪电相关天电 atmospherics 大气中放电过程所造成的脉冲型的电磁波。

闪电 lightning 大气中的强放电现象。按其发生 的部位, 可分为 云中、 云间或云地 之间三种放电。

热闪 heat lightning 在远处的闪电, 看上去像是天空或云的短促发光。

闪电通道 lightning channel 闪电 时放电所经过的路径。

先导闪击 leader stroke 爆发性大气放电的第一阶段, 在此阶段建立了一条一般从云向大地传播的电离通道。

回击 return stroke 紧接先导闪击之后, 与其具有相同的闪电通道但方向相反, 强而非常明亮的放电现象。

片状闪电 sheet lightning 呈一片 亮光无明显闪电通道的闪电。

球状闪电 ball lightning 通 常在强雷 暴时出现的 外观 呈球状 的一 种奇异 闪电。 直径 一般为 10 ~ 20c m 。

叉状闪电 forked lightning 以相当明显的弯曲和分叉的枝状形式出现的闪电。

条状闪电 streak lightning 闪电通道呈条状而不分叉的闪电。

串珠 状 闪 电 pearl neck lace lightning 又称 珠 状闪 电 。闪电通道断裂成许多小段, 呈形似一串珠状的闪电。

火箭状闪电 rocket lightning具有肉眼可见的沿主干和分叉光亮快速行进的闪电。5