雷暴中的反极性放电和电荷结构.docx

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1、雷暴中的反极性放电和电荷结构雷暴云的电结构一般分为偶极或三极结构和反极性电荷结构。雷暴云的形成雷暴是发展旺盛的强对流现象，一方面它可造成洪涝灾害，另一方面也以强电流、强电场造成人类生命财产的损失。根据雷暴中出现的单体的数目和强度可分为三类：单体雷暴、多单体雷暴、超级单体雷暴。单体雷暴(air-massthunderstorm)单体雷暴只有一个单体组成，强度弱，且范围只有510km,寿命短,只有十几分钟。在雷暴云的形成阶段，从淡积云发展为浓积云大约需要1015min,云中都是上升气流，云底为辐合上升运动，上升速度初期一般不超过5ms,浓积云阶段可达1520ms,云中电荷正在集中，但并未发生闪电，

2、也无降水；在雷暴云成熟阶段，浓积云发展到积雨云，1530min,云中为上升气流，云顶发展很高，云顶出现冰晶结构，上升速度增加，雨滴出现，产生降水，出现下沉气流，-20C高度以上，云中以冰晶雪晶为主，以下冰晶与过冷水滴共存，出现雷电对大多数雷暴云中，正电荷位于云上部，负电荷位于下部；在雷暴云消散阶段，上升气流减弱雷雨减弱并逐渐消失，云体瓦解，云顶留下一片卷云，下沉气流使云下部的负电荷外移，使云上部的正电荷现露出来。一连串相继发生的单细胞雷暴组合成的雷暴称为多单体雷暴，通常有30个以上的单体。在其中发展、成熟、消散，每个单体约有3045分钟的生存时间，而约510分钟的间隔就有一个新的单体开始发展。

3、多单体雷暴形成的条件：积雨云的云底风速很小，使气流运动且不受摩擦力限制。大气处于高度热力不稳定，空气易产生快速的上升下降气流垂直风切很大。超级单体雷暴(superce1.1.storm)超级单体雷暴是指更加强大、持久,更能发生强烈灾害性的天气状态，超级单体雷暴有高度组织化的内部环流，其传播方式不再是离散式而是连续的运动，故比多单体雷暴具有更大的整体性。超级单体雷暴的形成条件：强烈的不稳定度很强的平均云底环境风(10ms)强烈的风切云层上方向顺转超级单体雷暴超级单体雷暴及其内部环流雷暴云的基本特征活动特征雷暴的活动规律具有地区性和季节性。低纬度地区多于中纬度地区，中纬度地区多于高纬度地区，同纬度

4、山地多于平原，内陆多于沿海，一年当中雷暴多出现在夏季，其次是春季和秋季，一天当中，多出现在下午。雷暴云具有平流、强迫传播以及自传播的移动特征。雷暴云的平流发生在其发展的整个生命期内，受气流的吹动而沿平均风方向移动的过程。强迫传播是一个对流雷暴云团受某种外界强迫机制（锋、中纬度气旋辐合带、海陆风、热带气旋、重力波）持续再生的过程，这种强迫机制尺度通常要比对流风暴大。自传播是指雷暴可以自行再生，或在同一系统中产生类似的雷暴单体。电结构特征雷暴云的电结构一般分为偶极或三极结构和反极性电荷结构。对于偶极结构而言，雷暴云的上部带正电荷，下部则带负电荷，偶极子的带电区直径为几公里量级，除了这两个主电荷区外

5、，在雷暴云的底部还可有一个小的正电荷区，对于夏季雷暴，主正电荷区的海拔高度一般为1016k,而负电荷区的海拔高度为610kmo而反极性电荷结构终，雷暴云中部是主正电荷区，上部为负电荷区。雷暴云中的电荷分布EoSO现象电荷分布的变化雷暴云的EOSO现象是出现在雷暴云消散阶段的一种雷雨云电场的阻尼振荡现象，也称雷暴结束时的震荡。由于云内气流、降水和环境风场对云体的作用，云内的电荷分布会发生变化，云中电荷改变将导致云放电类型的差别，如下图所示，雷暴云的EOSO现象电荷分布具有以下几种变化特征：A、倾斜的正、负电极/平流卷云砧；B、双极性电荷分布的云，降水将云底的负电荷带走；C、发展阶段为正的双极性电

6、荷分布，消散阶段云下负电荷随下沉气流外流到云外；D、由于降水和冰粒的相互碰撞以及上升和下沉气流的作用，云中电荷符号发生反转，最后留下负电荷；E、与D类似最后留下正电荷。雷暴云的EOSO现象电荷分布的变化雷暴天气中的闪电雷暴天气发生时，一般会伴随出现强降水、大风、光、强电场和强电流、雷（次声）、瞬变电磁脉冲辐射、无线电噪声等。雷暴天气中的闪电是最常见的一种现象，雷暴天气中存在云闪、地闪和“天闪”三种类型的闪电现象。地闪是指打到地上的闪电，云闪指发生在云内或云间的闪电，也就是所有没有打到地上的闪电。平均而言，地闪只占全部闪电的1/3以下，而云闪占2/3以上。闪电的发生与强对流云的发展密切联系，云内

7、的第一个闪电几乎总是云闪，有些雷暴云中的闪电可能全部为云闪，所以云闪的研究和探测很重要，而且云闪信息也更具有强对流发展的预警指示意义。雷暴云中的云闪地闪又分为正地闪和负地闪，其中正地闪指把云中正电荷转移到地球的闪电；负地闪指把云中负电荷中和到地球的闪电。一般正地闪发生比例低，仅占全部地闪的10%以下，但是强度大，危害也大。负地闪回击的峰值电流强度一般为几万安培，中和电荷量为几库伦到几十库伦；而正地闪回击电流强度与中和电荷量要大几倍，甚至几十倍。雷暴右中地闪发生在雷暴云和电离层之间的放电，叫做中高层大气瞬态发光事件，这里也可以比较形象地简称其为“天闪”，代表性的叫“红色精灵”(Redsprite)0其观测难度很大，一是因为发生时间短、位置又不能预测，很难捕捉到；二是发生高度高，必须在几十公里以外才能观测到，所以仪器灵敏度要求高。因为是光学观测,观测场地附近和光学观测路径上视野要好，不能有强光污染，有雾、霾或强降水都不行。