对于常见的雷雨天闪电,因为正负电荷积累位置不同,闪电起点和终点也不同,分为以下三种:
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1. 云地闪电:从云到地面
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2. 云内闪电:从云内部的一个位置到另一个位置
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3. 云间闪电:从一朵云到另一朵云
三种闪电中,我们对云地闪电(又名地闪)的研究最多,因为云内和云间的闪电(又名云闪)虽然更常见,但云层内部变化莫测,很难找到固定支点去研究,而云地闪电很容易击中高耸入云的建筑物避雷针,更方便研究,并且云地闪电直击地面,对我们日常生活的危害也更大,需要研究防护措施。
下面我们就来看一下云地闪电的产生过程,上图的闪电貌似一闪而过,但实际是由两个主要阶段组成:建立导电路线的“先导”过程和负责放电的“回击”过程。
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1. 建立导电路线的“先导”过程
云层底部一开始积累了大量的负电荷(少数情况会积累正电荷),但一开始,没有清晰的路径连通地面。为了找路,负电荷会先向下移动,像导盲犬一样在探路,所以这个过程叫做“先导”。负电荷肯定会选择阻力最小(电阻小)的路径移动,所以我们最终看到的闪电路径会弯曲成各种形状,那就是它们找到的阻力最小路径,并不是距离最短路径。
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2. 负责放电的“回击”过程
“先导”建立路径的过程中,因为没有形成完整的电路,所以放电量并不是很大。建立完整的路径后,巨量的负电荷从云层底部向下打击到地面,因为电流方向是正电荷的流向,所以相当于正电荷从地面向上流回云层底部,所以这个现象叫“回击”,这才是大量放电的阶段,我们观察到的明亮闪电也是这时的现象。
“先导”和“回击”共同组成了一次完整的闪击,由于一次闪击持续时间短,不足以释放云层中的大量电荷,首次闪击后,还会有后续闪击继续放电,直到电荷耗尽为止。
后续闪击依然由“先导”和“回击”组成,但此时的“先导”就不再是“阶梯先导”了,因为第一次闪击已经找到了路径,后续的“先导”会继续利用这条路径直接窜到地面上,所以此时的“先导”叫“直窜先导”。这两种“先导”在现象上有明显区别,“阶梯先导”因为需要探明阻力最小的道路,所以会像植物的根系一样,分叉并向各个方向探索,但“直窜先导”已经有了明确路径,就基本不再分叉,直接沿着原有道路从云层底部直通地面。
cloud to ground (CG) lightning/flashes |
云地闪电 |
intra-cloud (IC) lightning/flashes |
云内闪电 |
cloud-to-cloud (CC) lightning/flashes |
云间闪电 |
leader |
先导 |
stepped leader |
阶梯先导 |
return stroke |
回击 |
strike |
闪击 |
re-strike |
后续闪击 |
dart leader |
直窜先导 |
为了方便大家理解,本文写法上为很多客观事物赋予了主观意志,而且采用了类比的方式,这些都是不够严谨的。如果文章引起了大家兴趣,可以从Wikipedia下方引用的材料和书籍里继续探索阅读。
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