雷电学知识重点.doc

1 |雷电|也称为闪电,它是发生于大气中的一种瞬态（Is以内）的、大电流（峰值电流平均 高达儿I kA）.高电压（负地闪头部相对于地面的电位超过十儿mV）、高功率（其峰值 功率可达1亿kW）、长距离（几十km）的放电现象闪电虽然有强大的功率，可以造 成巨大的破坏力，但能量很小，利用价值微不足道闪电放电一般产生于积雨云2闪电其他一般具有的特性：闪电呈现明显的发光闪烁性；闪电出现的时间和地点呈现 明显的随机性；闪电极具危险性3地闪（云对地的放电）分为正地闪和负地闪4四种典型的地闪：►由向下移动的负极性先导激发，因此向地面输送负电荷，被称为下行负地闪，占全 部地闪的90%以上；►闪电也由下行先导激发，但是先导携带正电荷，因此向地面输送正电荷，被称为下 行正地闪，这种类型的闪电少于全部闪电的10%；►闪电由从地面向上移动的先导激发，若对应于负（正）极性先导，因此将云中的正 （负）电荷向地面输送，被称为上行正（负）地闪，随着城镇高建筑物的增多，上 行放电有略增的趋势►将向地面输送负电荷的闪电称为负地闪；►向地面输送正电荷的闪电称为正地闪5云闪（所有没到地的放电）包括云间放电、云内放电、云和空气的放电。

6云地闪的主要区别：► 一半以上的闪电放电过程发生在雷暴云内的主正、负电荷区Z间，称作云内放电过 程，云内闪电与发生丿L率相对较低的云间闪电和云一空气放电一起被称作云闪►虽然最频繁发生的闪电是云闪，但是由于地闪对地面物体所造成的严重威胁，以及 它的放电通道暴露于云体之外易于光学观测，因此目前对地闪放电过程已经有了相 对较系统的研究7球状闪电（雷暴旺盛期运动着的发光球，直径儿米甚至儿十米的）o珠状闪电| （在雷暴云消散阶段或层状降雨阶段发生于云底附近具有大范围水平发展、 多分叉放电通道的放电现象）8全球闪电分布特征：全球在同一时刻大约会存在2000个雷暴，这些雷暴平均每秒钟约产生44土 5个闪电, 其中大部分闪电发生在陆地上，每年每平方公里陆地上会发生31〜49个闪电，而广大海洋区 域的闪电发生率则比较低，每年每平方公里约5个闪电，陆地和海洋的平均闪电密度Z比近 似为10： 1全球闪电活动主要集中分布在赤道地区，其中闪电活动最频繁的三个地区均位于赤道附 近，即非洲大陆、南美大陆和海洋性大陆（即印度尼酋亚地区），而在赤道附近的卢旺达地 区，闪电密度最大可达每年每平方公里80个闪电，是全球最频繁的地区.9我国的闪电活动在8月份达到最强，11月份最弱：主要集中在夏季（约占全年总闪电 活动的68%）,春季次之（约占全年总闪电活动的24%）,然后是秋季,而冬季则最弱,而 且在各个季节明显呈现出随着纬度的减小，闪电密度逐渐增大的趋势。

闪电活动出现明显季 节变化主耍是因为我国处在著名的东亚季风区以及太阳辐射随纬度变化的缘故10重、电危畫的赞点：_「随着人类社会特别是经济的发展，雷电造成的危害亦有所变化，危害面更广了，并且向微电 子器件方面倾斜，绝对损失在逐生增大；雷害尤其以地闪造成的为甚地闪回击阶段峰值电流可达几万安，功率可在10UW ,温度升到30000°C能量瞬间以恐能、机械能（包扌舌冲击波、声波）及电磁能（包括光能）等方式散发出来并在其贴近处产 生强大的机械效应、加热效应,也产生可波及较远处的电磁效应11雷电（闪电）的主要效应：电动力效应;冲击波效应；光辐射效应；热效应；跨步 电压；接触电压；静电感应效应121莱顿瓶揭示雷电的本质荷兰物理学家莱顿大学軽伍瓮克因感到摩擦所引起的电容易在空气中消失，就想法通过实 验寻找一种储存电荷的方法他还通过实验发现：将带电体放在一个特制的玻璃瓶内可以把 电保存下来这种能储存电的瓶子称为“莱顿瓶”摩擦产牛 •的静电荷可沿着金属链流进瓶内的金属层，因为这些电荷无法穿过玻璃瓶而漏 岀来，自然就被存贮在瓶子里当放电杆移进莱顿瓶时，瓶内的电荷会从瓶口的金屈球跳出, 顺着放电杆流到瓶外的金属层而产生电火花。

莱顿瓶可算是一种早期的电容器13雷电的卫星探测…OTD和LIS仪器OTD 是由 Microlab-1 卫星所搭载；LIS 搭载于 TRMM (Tropical Rainfall MeasuringMission)卫星雷电定位方法的确立：磁定向的地闪定位系统，吋差法的定位系统三维雷电定位系统的发展，SAF1R VHF云闪探测系统14气溶胶：空气中悬浮的固态或液态颗粒的总称，能在空气中滞留至少儿个小时 作用：形成云、雾，降水条件；改变辐射平衡；造成大气污染，能见度降低；造成光学现象 硫酸盐气溶胶（反射太阳辐射引起降温）；黑碳气溶胶（吸收太阳辐射加热大气） 15气溶胶浓度具有明显的日变化，其变化规律各地差界很大，一般陆地气溶胶浓度的日变 化比海上大，晴天的日变化较阴天大气溶胶日变化具有在近地展双峰双谷的特点:第一峰值出现在早晨8时左右（日出后大气热对流加大、湍流垂直输送开始增强，使气溶胶 浓度加人）；第二峰值出现在20时左右（傍晚时热对流和湍流垂直输送开始减弱，气溶胶积 聚于近地层）；第一谷值出现在4时左右（大气层结稳定，气溶胶多沉降于地面）； 第二谷值出现在16时左右（中午前后热对流和湍流垂直输送旺盛，气溶胶输向高层）。

16大气中的离子主要來源于大气中存在电离过程，而引起大气电离的壓澜有四种： 地壳中放射性物质发岀的放射线;大气中放射性物质发射的放射线;地球之外宇窗射线（如太 阳辐射中的紫外线,但它主要存在于高层大气中，在对流层中不很重要）；大气中的闪电、火山 爆发、森林大火、尘暴、雪也使大气电离其中前三种是主要的电离源17|宇宙射线|,指的是来自于宇宙中的一种具有相当大能量的带电粒子流宇宙线主要是rti质子、氨核、铁核等裸原子核组成的高能粒子流;也含有中性的珈玛射 线和能穿过地球的中微子流18描述电离源对大气电离的能力用大气电离率q表示,定义为在单位体积和单位时间内心 分了被电离源电离为正负离了对的数目，单位取离子对/cm3.s或cm s-U大气的电离率取决于电离源的强度和大气的密度19太阳黑子数极小的年份，太阳辐射增强，易发生强La Nina现象 太阳黑子数极大的年份，太阳辐射减弱,易发生强El Nino现象 20哪些物理量可以描述离子的物理特征？大气离子电荷、半径、机械迁移率 21电离源有哪些？大气中的电离源主要是什么？大气中射线；宇宙射线22大气离子电迁移率的定义是什么？在大气电场中离子受静电力i大气介质阻力。

当二力 平衡时离子做等速运动\u = keE电场强度，u为等速运动速度，ke是电迁移率大气离子机械迁移率是：表示大气离子在大气中运动特征的量大气离子迁移率与大气离 子电荷、大气离子半径、大气分子平均自由程及大气粘滞系数有关造成大气中离子的运动原因有两种：机械力和电场力23大气正的轻离子随高度变化的特点是什么？大气止轻离子迁移率随高度分布的实测结 果，为近似指数递增24晴天大气中始终存在方向垂直向下的大气电场，这意味着大气相对于大地带有正电荷， 而大地带的是负电荷大气和大地带异性电荷是大气电场形成的原因大气中又存在有晴天 大气传导电流，不断中和大气和大地所带的电荷，使大气电场不断减弱当有云时，云中 大气电过程所产生的带电降水形成降水电流，也不断中和大气和大地所带的电荷25是什么维持着恒定的大气电场？大气中存在有雷暴电过程，当有雷暴时，地闪及云下方地 物和植物的尖端放电过程将增加大气和大地所带的异性电荷当大气中的带电过稈和电荷中 和过程达到平衡时,形成恒定的晴天大气电场26物体表面曲率大的地方（如尖锐、细小物的顶端），等电位面密,电场强度剧增，致使它附 近的空气被电离而产生气体放电，此现象称为曲晕放电|。

27尖端放电为电晕放电的一种，在导体尖端的地方，由于电荷密集，电场很强，使空气分 子发生电离而形成大量的自由电子和离子在--定的条件下即可导致空气击穿，而发生"尖端 放电”现象28气溶胶对大气电场的影响如大气中的气溶胶含量减小，则大气中的轻离子浓度增大，就导致大气电导率增加，从 而使大气电场减小反之，若气溶胶含量增加，则大气轻离子浓度减小，导致大气电导率 减小，最后大气电场增加大气中正重离子浓度与大气电场随高度的分布是一致的，大气 逆温层以下气溶胶浓度大，大气中正重离子浓度与大气电场随高度的分布是一致的，气溶 胶浓度大，电场也大，而气溶胶浓度与大气逆温分布是一致的晴天大气电场与气溶胶浓度成正相关291晴天人气电导率|定义为人气离子在单位电场作用下产生运动而形成电流密度值大气电导率主要取决于大气轻离子.大气轻离子对大气电导率的贡献占轻重离子总贡献的95%左右：由于大气气溶胶浓度增大， 晴天大气重离子浓度也增加，而大气轻离子浓度减小，导致大气电导率减小反之，大气 气溶胶浓度减小，大气轻离子浓度加大，则晴天大气电导率增加所以大气电导率较大时, 大气轻离子浓度也增大30混合层中大气总电导率较小；混合层顶附近，其值随高度急增；混合层顶以上，其值随 高度递增，成普遍规律。

大气边界层的高度（或厚度）和结构与大气边界层内的温度分布或大气稳定度密切相关 中性或不稳定时，由于动力或热力湍流的作用，边界层内上下层Z间产生强烈的动量或热 量交换通常把出现这一现象的层称为I混合层I混合层向上发展时，常受到位于边界层上 边缘的逆温层底部的限制O与此同吋也限制了混合层内污染物的再向上扩散31晴天大气电导率的定义是什么？它的时空分布特征是怎样的？晴天大气电导率定义为大气离子在单位电场作用下产生运动而形成电流密度值晴天大气电导率的时空分布取决于晴天大气轻离子浓度的时空分布，所以晴天大气电导率, 因地而异，且具有明显的日变化和年变化32由于大气电离率与太阳活动有关，所以大气电导率也与太阳活动有关在10km高度之 上，由于太阳黑子引起宇宙射线强度减弱,导致大气电离率减小，从而导致电导率减小电离率为在单位体积和单位时间内大气分子被电离源电离为正负离子对的数目）在儿千米高度以上的大气中，大气的电导率主要取决于宇宙射线，而宇窗射线强度随地 磁纬度增加而递增，因此晴天大气轻离了浓度随地磁纬度增加而增加33晴天大气电流包括那几部分，并写岀它们的表达式° -晴天大气传导电流；（晴天大气电导率久） 人一晴天大气中的对流电流晴天大气中的扩散电流晴天大气中的位移电流w °是大气体电荷密度，▽是气流速度2 = ~^P k是大气湍流扩散系数，°是大气体电荷密度T 1 *戸力=丄芈，（是时间变量。

4龙m34各类云都能带电，积雨云能形成雷电灾害的云，也称为雷暴云35在消散的雷雨云中观测到电场的阻尼震荡，屯巴t气流使云下部的负电荷向外移动， 使云上部的正电荷区显露在云下电场仪上，这叫而冈,即雷暴结束时的电场震荡36试述典型积雨云中的体电荷分布特征，并作图加以解释37雷暴云的EOSO（End of storm oscillation）®常指的是雷暴消散期地面大气电场强度在正负 之间的缓慢变化试述雷暴的EOSO现象电荷分布的变化形式，请作图加以解释38降水粒子电荷的大小和极性,収决于降水的类型和强度以及云内的微物理条件，同时与 云下的大气电状况相关观测表明，荷正、负电的降水粒子往往同时存在大量的荷电降水粒子才能形成一股相对稳定的、方向乖直地面的降水电流降水电流的大小 和方向可以用降水电密矢量来表示降水的电流密度与大气电场以反位相随吋I'可变化，即降鹫墜度的绝对值和地血大气电场 的绝对值随时间同增同减,但符号相反这种效应称为壓莎应391雷电研究的懿气候变化导致雷电灾害加剧（人类活动，温室气体排放，气候变化加剧, 全。