雷电基本知识培训

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1、一、雷电基本知识一、人类对雷电的认识、防雷的起源我国古代（公元前1500年）就有对雷电现象的初步记载，后在《论衡》、《南齐书》、《梦溪笔谈》中都有雷电对人、物灾害以及尖端放电的记载。那时人们对雷电只有一个表面的、带有神秘色彩的认识，没有通过实验的手段对雷电现象进行深入的探索。16世纪以前的欧洲是神学为主的时代，任何科学的、先进的思想和学说都是“异端”，雷电是来自“神”的意志。16世纪后，在教堂一次次受雷击而受损，无论多么虔诚的祈祷”神的意志“也不可动摇的时候，人们开始对雷电现象进行客观的思考。从盖利克创造人工起电机开始到“莱顿瓶”的发明、到收集天电的实验，对雷电的认识进入到理性和科学

2、的时期。17世纪中叶，伟大的富兰克林（美国政治经济学家、科学家，《独立宣言》的起草人之一），通过多次实验，证实了天电与地电的同一性；通过仔细的观察和科学的思考发现自然界的放电现象，并提出和实施了引雷入地的措施和方法——安装“避雷针“。他的发明一直沿用至今仍是防直击雷的有效措施之一。二、雷雨云的形成雷电是雷雨云之间或在云地之间产生的放电现象，雷雨云是产生雷电的先决条件。那么雷雨云是怎样形成的？分别从宏观结构、微物理结构谈起。（一）雷雨云的宏观结构雷雨云是对流云发展的成熟阶段，它往往是从积云发展起来的。发展完整的对流云，其生命史可以分为以下三个阶段：1．形成阶段、2．成熟阶段：3、消散阶

3、段：1．形成阶段：这一阶段主要是从淡积云向浓积云发展。云的垂直尺度有较大的增长，云顶轮廓逐渐清楚，呈圆孤状或菜花形，云体耸立成塔状。这样的云我们在盛夏常常看到。在形成阶段中，云中全部为比较规则的上升气流，在云的中、上部为最大上升气流区。上升气流的垂直廓线呈抛物线型。在形成阶段，一般不会产生雷电。图1一块雷雨云的气流结构示意图2．成熟阶段：从浓积云发展成积雨云，就伴随雷电活动和降水，这是成熟阶段的征象。在成熟阶段，云除了有规则的上升气流外，同时也有系统性的下沉气流。上升气流通常在云的移动方向的前部。往往在云的右前侧观测到最强的上升气流。上升气流一般在云的中、上部达到最大值，可以超过25

4、—30米／秒(见图1)。 3、消散阶段：一阵电闪雷鸣、狂风暴雨之后，雷雨云就进入了消散阶段。这时，云中已为有规则的下沉气流所控制。云体逐渐崩溃，云上部很快演变成中、高云系，云底有时还有一些碎积云或碎层云。（二）雷雨云的微物理结构：图2一块雷雨云的微物理结构示意图一块成熟的雷雨云，其顶部可以伸展到－40℃的高度(约l万米以上)，而云底部的温度却在10℃以上。由于云体在垂直方向上跨过了这么宽的温度范围，因而云中水汽凝结物的相态就很不一样。在云中有水滴，过冷却水滴、雪晶、冰晶等(见图2)。我们把雷雨云按温度高低来分层，便可以看：在温度高于0℃的“暖层”的云中，全部是水滴(包括云滴)，在温度

5、0至－8℃的云层中，即有较多的过冷却水滴(温度低于0℃的水滴)，也有一些雪晶、冰晶；在温度低于－20℃的云层中，由于过冷却水滴自然冻结的概率大为增加，云中冰晶的天然成冰核作用更为显著，故云中基本上都是雪晶和冰晶了。在成熟阶段的雷雨云中，发生着非常复杂的微物理过程，在云的“暖层”，有水滴之间由于大小不同而发生的重力碰撞，也有湍流碰撞和电、声碰撞过程。同时，有大水滴在气流作用下发生变形，破碎而产生“连锁反应”；还有由云的“冷层”中掉到“暖层”中来的大雪花、霰等的融化等。在温度0℃至－20℃的云层中，水汽由液态往固态转移十分活跃，冰、雪晶的粘连，大冰晶破碎等也很频繁。在低于－20℃的云层中

6、，也还有冰晶之间的粘连和大冰晶的破碎过程发生。在雷雨云中发生的所有这此微物理过程，都可以导致云中水汽凝结物电学状态的改变，对于雷雨云的起电有十分重要的贡献。三、雷雨云起电机理雷雨云起电的机理目前主要有四种理论：（1）水滴破裂效应，（2）吸电荷效应，（3）水滴冻冰效应，（4）温差起电效应（1）水滴破裂效应：云中水滴在高速气流中作激烈运动，分裂成一些带负电的较大颗粒和带正电的较小颗粒，后者同时被上升气流携带到高空，前者落在低空，这样正负两种电荷便在云层中被分离，这也就是造成90％的云层下部带负电的原因。（2）吸电荷效应：由于宇宙射线或其它电离作用，大气中存在正负离子，又因为空间存在电场，

7、在电场力的作用下正负离子在云的上下层分别积累，从而使雷雨云带电，又称感应起电。（3）水滴冻冰效应：水滴在结冰过程中会产生电荷，冰晶带正电荷，水带负电荷，当上升气流把冰晶上的水分带走时，就会导致电荷的分离，而使雷雨云带电。（4）温差起电效应：实验证明在冰块中存在着正离子（H+）和负离子（OH-），在温度发生变化时，离子发生扩散运动并相互分离。积雨云中的冰晶和雹粒在对流的碰撞和摩擦运动中会造成温度差异，并因温差起电，带电的离子又因重力和气候作用而分离扩散，最后