气象科普雷电是怎样形成的

Question

如题所述

Answer 1

雷电的形成需要特定的气象条件，其中之一是雷雨云中的电荷积累和极性形成。科学家们通过大量观测和实验，提出了多种关于雷雨云带电机制和电荷分布的解释，其中一些观点至今仍有争议。
1. 对流云初始阶段的“离子流”假说：大气中存在大量正离子和负离子。云中的雨滴因电荷分布不均而带有电荷，外层带负电，内层带正电。随着对流的形成，正离子被上升气流带到云的上部，而带负电的云滴因较重而留在下部，导致正负电荷分离。
2. 冷云的电荷积累：当对流云发展到一定阶段，云体伸入0℃以上高度，形成冷云。冷云中的电荷形成和积累过程包括：
- 过冷水滴在霰粒上撞冻起电：过冷水滴与霰粒碰撞时，外部迅速冻结成冰壳，内部仍保持液态，导致外部带正电，内部带负电。内部冻结时，云滴膨胀分裂，外表皮破裂成带正电的冰屑，留在云层上部，而带负电的冻滴核心附在霰粒上，使其带负电并留在下部。
- 冰晶与霰粒的摩擦碰撞起电：冰晶中含有自由离子，温度差异导致离子从高温端向低温端迁移，造成电极化。接触后分离时，温度较高的霰粒带负电，温度较低的冰晶带正电。重力和上升气流使带正电的冰晶集中到上部，带负电的霰粒留在下部。
- 水滴因含有稀薄盐分而起电：水滴冻结时，冰晶格排斥正离子，导致冻结部分带负电，未冻结部分带正电。未冻结水分摔掉后，形成带正电的小云滴，而冻结的核心部分带负电。重力和气流分选导致带正电的小滴集中到上部，带负电的霰粒留在中下部。
3. 暖云的电荷积累：在热带地区，云体全部位于0℃以上区域的云叫暖云。暖云也会产生雷电。在中纬度地区的雷暴云，云体位于0℃等温线以下的部分是暖区，其中也有起电过程发生。
在雷雨云的发展过程中，上述机制在不同阶段分别起作用。然而，最主要的带电机制还是水滴冻结造成的。观测表明，只有当云顶呈现纤维状、丝缕结构时，云彩才会发展成为雷雨云。飞机观测发现，雷雨云中的大量电荷积累需要依靠霰粒生长过程中的碰撞、撞冻和摩擦等现象。