闪电(天气)

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October 18, 2021

闪电或大气放电 (AED) 是在大气中、带电区域之间发生的高强度放电,可以发生在云内部 (intracloud) 或云之间 (interclouds) 或云与地球之间 (云土)。除了其他相关现象外,闪电总是伴随着闪电(电磁辐射的强烈发射,其成分在光谱的可见范围内)和雷声(轰鸣声)。尽管云内和云间放电更频繁,但云对地放电对人类更具有实际意义。大多数射线发生在地球的热带地区,主要是在出现的陆地上,与对流现象有关,当电活动强烈时,结果雷暴。一些科学理论认为,这些放电可能是生命出现的基础,并有助于维持生命。在人类历史上,闪电可能是第一个火源,也是技术发展的基础。就这样,光芒引起了迷恋,被融入了无数代表神灵力量的传说和神话中。后来的科学研究揭示了它们的电气性质,从那时起,人们不断监测放电与风暴系统的关联。由于相关电压和电流的高强度,闪电总是很危险的。因此,一般建筑物以及能量传输系统都需要保护系统,其中包括避雷针。仍然,即使有了盾牌(并非总是设计或构造正确),闪电仍然会在世界各地造成死亡和伤害。作为一种高能量现象,闪电通常表现为一条非常明亮的路径,可以长距离传播,有时还带有分支。然而,还有一些奇异的形式,例如球状射线,其性质未知,并且只有这种现象的报道。对流层放电电场的巨大变化会引起高层大气中的瞬态光事件。闪电也起源于其他事件,如火山爆发、核爆炸和沙尘暴。人工方法也用于产生用于科学目的的大气排放。射线也出现在太阳系的其他行星上,尤其是在木星和土星上。

历史关系

很可能在 30 亿多年前第一个生物出现之前,这些射线就已经存在于地球上。此外,射线可能是第一个有机分子形成的基础,对第一个生命形式的出现至关重要。自有文字记载以来,闪电就一直是人类着迷的源泉。他们到达地面时产生的火被用来在晚上取暖,此外还可以防止野生动物进入。因此,原始人寻求答案来解释这种不可思议的现象,创造了被纳入最初宗教的迷信和神话。

生物学重要性

从地球的形成开始,地壳的高温导致了巨大而永久的风暴,这些风暴仍然肆虐,从而形成了海洋。水在循环过程中携带着碳和氮等化学元素,这些元素在原始海洋中积累。紫外线和射线可能是这些无机化合物的结合以及它们转化为氨基酸的必要条件,氨基酸是我们所知的生命出现的重要组成部分。放电是亚硝酸盐和硝酸盐的主要来源,对植物生命至关重要。蔬菜不能直接利用大气中的氮,需要转化为其他含氮化合物。射线负责这种化学反应,从而维持氮循环。由放电引起的森林火灾在植物进化中起着重要作用,因为干物质的消耗和火灾清除可能的害虫有益于环境。植物生命的进化过程似乎与火灾的发生密切相关,这有利于新基因的出现。可能,由闪电引起的火灾是原始人使用的第一个火源,这将是导致进化和统治环境的重要步骤之一。植物生命的进化过程似乎与火灾的发生密切相关,这有利于新基因的出现。可能,由闪电引起的火灾是原始人使用的第一个火源,这将是导致进化和统治环境的重要步骤之一。植物生命的进化过程似乎与火灾的发生密切相关,这有利于新基因的出现。可能,由闪电引起的火灾是原始人使用的第一个火源,这将是导致进化和统治环境的重要步骤之一。

神话观点

古代人创造了无数的传说来解释闪电的出现。在古埃及,人们相信提丰神会向地球投掷闪电。一份公元前 2300 年的美索不达米亚文件显示,一位女神站在一个有翼生物的肩膀上,双手各拿着一把闪电。在她身后,是掌管天气的神,用鞭子制造雷霆。闪电也是中国神话女神天牧的标志,她是“风暴部”的五位要人之一,由雷神雷祖指挥。在印度,吠陀文本描述了天地之子因陀罗如何在他的战车上携带雷霆。他们神话中的至高神。在古希腊,闪电出现在天空中时,被视为宙斯不赞成的标志。与木星有关的古罗马也会发生同样的情况。在罗马,人们相信月桂树枝对闪电“免疫”,这就是提比略皇帝在暴风雨中使用这些树枝保护自己的原因。在古代斯堪的纳维亚半岛,人们相信这些射线是由属于托尔神的魔法锤 Mjölnir 产生的。居住在西伯利亚南部贝加尔湖附近的布里亚特人相信他们的神通过从天而降的石头产生闪电。北美和非洲的一些土著部落坚持认为闪电是由一种神奇的“雷鸟”从云层俯冲到地球上产生的。在古希腊,闪电出现在天空中时,被视为宙斯不赞成的标志。与木星有关的古罗马也会发生同样的情况。在罗马,人们相信月桂树枝对闪电“免疫”,这就是提比略皇帝在暴风雨中使用这些树枝保护自己的原因。在古代斯堪的纳维亚半岛,人们相信这些射线是由属于托尔神的魔法锤 Mjölnir 产生的。居住在西伯利亚南部贝加尔湖附近的布里亚特人相信他们的神通过从天而降的石头产生闪电。北美和非洲的一些土著部落坚持认为闪电是由一种神奇的“雷鸟”从云层俯冲到地球上产生的。在古希腊,闪电出现在天空中时,被视为宙斯不赞成的标志。与木星有关的古罗马也会发生同样的情况。在罗马,人们相信月桂树枝对闪电“免疫”,这就是提比略皇帝在暴风雨中使用这些树枝保护自己的原因。在古代斯堪的纳维亚半岛,人们相信这些射线是由属于托尔神的魔法锤 Mjölnir 产生的。居住在西伯利亚南部贝加尔湖附近的布里亚特人相信他们的神通过从天而降的石头产生闪电。北美和非洲的一些土著部落坚持认为闪电是由一种神奇的“雷鸟”从云层俯冲到地球上产生的。他们被视为宙斯不赞成的标志。与木星有关的古罗马也会发生同样的情况。在罗马,人们相信月桂树枝对闪电“免疫”,这就是提比略皇帝在暴风雨中使用这些树枝保护自己的原因。在古代斯堪的纳维亚半岛,人们相信这些射线是由属于托尔神的魔法锤 Mjölnir 产生的。居住在西伯利亚南部贝加尔湖附近的布里亚特人相信他们的神通过从天而降的石头产生闪电。北美和非洲的一些土著部落坚持认为闪电是由一种神奇的“雷鸟”从云层俯冲到地球上产生的。他们被视为宙斯不赞成的标志。与木星有关的古罗马也会发生同样的情况。在罗马,人们相信月桂树枝对闪电“免疫”,这就是提比略皇帝在暴风雨中使用这些树枝保护自己的原因。在古代斯堪的纳维亚半岛,人们相信这些射线是由属于托尔神的魔法锤 Mjölnir 产生的。居住在西伯利亚南部贝加尔湖附近的布里亚特人相信他们的神通过从天而降的石头产生闪电。北美和非洲的一些土著部落坚持认为闪电是由一种神奇的“雷鸟”从云层俯冲到地球上产生的。“免疫”闪电的作用,这就是为什么提比略皇帝在风暴中使用这种树枝来保护自己。在古代斯堪的纳维亚半岛,人们相信闪电是由属于雷神托尔的魔锤 Mjölnir 产生的。他住在湖附近西伯利亚南部的贝加尔湖相信他们的神灵是通过从天而降的石头产生闪电的。北美和非洲的一些土著部落坚持认为闪电是由一种神奇的“雷鸟”产生的,它从云层中猛扑到地上.“免疫”闪电的作用,这就是为什么提比略皇帝在风暴中使用这种树枝来保护自己。在古代斯堪的纳维亚半岛,人们相信闪电是由属于雷神托尔的魔锤 Mjölnir 产生的。他住在湖附近西伯利亚南部的贝加尔湖相信他们的神灵是通过从天而降的石头产生闪电的。北美和非洲的一些土著部落坚持认为闪电是由一种神奇的“雷鸟”产生的,它从云层中猛扑到地上.居住在西伯利亚南部贝加尔湖附近的人们相信他们的神通过从天而降的石头产生了闪电。北美和非洲的一些土著部落坚持认为闪电是由一种神奇的“雷鸟”从云层俯冲到地球上产生的。居住在西伯利亚南部贝加尔湖附近的人们相信他们的神通过从天而降的石头产生了闪电。北美和非洲的一些土著部落坚持认为闪电是由一种神奇的“雷鸟”从云层俯冲到地球上产生的。

科学研究

在以欧洲为基础的文化中,第一个已知的科学解释是公元前 3 世纪希腊哲学家亚里士多德写的,将雷声归因于云层之间的碰撞,而闪电则归因于云层喷出的呼气的火焰。然而,第一次系统研究是在 1752 年在巴黎附近的一个小村庄进行的,当时 Thomas-François Dalibard 用一根用玻璃瓶与地面隔离的高铁棒吸引了火花。这个实验证明了放电的电性质。随后,进行了大量测试,其中最著名的是本杰明·富兰克林 (Benjamin Franklin),他使用风筝和气球架起导线,由于现有的电场而产生火花。这些实验风险很大,因为如果电荷击中导线,拿着它的人可能会死亡。然而,这种情况仅在 1753 年发生过一次,在俄罗斯,即使没有直接接触导线的人。阳性”。此外,这位科学家提议使用大金属棒来抵御射线,他说这会使电流从云中无声地流向地面。后来,他意识到这些棒实际上并没有影响云中的电荷,但它们实际上吸引了光线。然后他意识到,如果无法避免放电,他至少可以用一根金属棒引诱他们到一个不会造成危险的地步,这种金属棒后来被称为避雷针。为了证明他的想法的有效性,富兰克林于 1777 年在意大利锡耶纳市附近聚集了数百人,这个地方经常被闪电击中。安装避雷针后,人群在雷雨中看到闪电击中金属棒,但没有损坏金属棒。射线导致复合材料爆炸。如果闪电击中这个沉积层,电流将停留在这个外层,而不会到达内部。这个系统被称为法拉第笼。也可以使用网格系统,但导体之间的距离越大,保护的效果就越差。富兰克林避雷针和法拉第笼之间的组合今天仍然用于保护结构,特别是在发现敏感电子设备的地方。十九世纪后期摄影和光谱学的出现对射线研究具有重要意义。几位科学家使用闪电产生的光谱来估计在很短的时间内发生的物理过程所涉及的能量。相机的使用使得发现射线具有两个或更多电荷流成为可能。20 世纪示波器和电磁场计等新设备的发展使人们对放电的起源和发生有了更全面的了解。

特征

闪电通常与雷暴有关,它是一种巨大的静电火花,通过它形成导电通道并转移电荷。最常见的闪电类型发生在云层内部,尽管放电发生在两朵云之间、云与空气之间以及云与地面之间。这完全取决于电荷在云中的分布情况,一般来说,对流云中的电荷分布会产生强电场。在积雨云类型、扁平且水平延伸的云的顶部,正电荷通过对流积聚在小冰晶中。在中心,通常在温度在 -20 到 -10 °C 之间的范围内,负电荷过多。形成的偶极子每个都有几十个库仑,垂直相隔几公里。在云的底部,通常会形成一小块正电荷区域,其电荷不超过几个库仑。在更发达的风暴中,电力分布要复杂得多。

云电气化

要发生放电,云内部必须有很大的电场,这是由于电荷分布的变化,从而导致云带电。尽管这个过程的发生需要一些基本概念和假设,但我们并不确切知道这个过程是如何发生的。带电模型分为对流模型和碰撞模型。根据对流带电模型,初始电荷来自风暴云形成之前的预先存在的电场。随着风暴云的发展,正离子在云内部积聚,导致其边缘出现负电荷。就像云里面的风是向上的,在边缘,气流以相反的方向出现,将感应负电荷带到云底,从而产生两个不同的电区域。随着过程的发展,云变得能够自己吸引新的电荷,这允许发生放电。尽管它证明了对流在电气化过程中的重要性,但该模型并不能令人满意地描述风暴开始时和长期的负载分布。顾名思义,碰撞带电模型假设在对流过程中,云粒子之间的接触会产生电荷转移。然而,对于微小冰粒中电荷的极化和分离是如何发生的,目前还没有达成共识。理论分为两类,感应(取决于预先存在的电场)和非感应。在第一个中,在正常条件下向下的预先存在的电场导致在冰颗粒中,在其底部出现正电荷,而在相反区域出现负电荷。粒子具有不同的大小,因此较重的粒子倾向于下落,而较轻的粒子则被对流风向上吹。较小颗粒与较大颗粒的下半球接触导致电荷转移,较轻的带正电,较重的带负电。随着云的发展,在云的底部积累负电荷,在顶部积累正电荷,电场和粒子的极化过程越来越强,以至于产生大的电位差和放电。另一方面,非感应带电的原理是粒子与粒子之间的碰撞产生电荷。不同的内在属性。砾石(小于冰雹的球形颗粒)和小冰晶在碰撞时会带上相反的电荷。第一个,更重,带有负电荷,而晶体到达云的顶部,它变成带正电荷。为此,必须具备有利条件,主要是温度(低于 -10 °C)和理想的云水量。根据观察到的特性,这似乎是给暴风云通电最重要的过程,这并不能消除其他人的发生。

下载

在正常条件下,大气是良好的电绝缘体。海平面空气的介电强度达到每米300万伏特,但主要是由于空气稀薄,随着海拔升高而逐渐降低。然而,随着电荷从云中分离出来,电场变得越来越强,直到空气不能再包含电荷流动的那一刻。因此,出现了一个导电的等离子体路径,电荷可以通过该路径自由循环,从而形成称为闪电的放电。

云对地负放电

当空气的介电强度发生第一次中断时,放电开始,从云中负电荷占据的区域开始,通过该区域出现一条电荷自由流动的路径。放电的前体通道朝向云底部的小浓度正电荷。这样,大量电子移动到底部,而通道继续向下延伸,现在朝向地面。这个放电前体通道分阶段推进,每五十米长每五十微秒。这种前体通道通常是分支的并且具有极低的光度,仅在每次放电跳跃时发射的光量最少。平均而言,五个库仑负电荷的电荷以均匀的方式积聚在电离通道中,电流约为一百安培。电子会在云正下方的区域中引起相反电荷的积累。从它们向地面移动的那一刻起,正电荷往往会被吸引并聚集在与地面相连的物体的末端。然后,从这些点空气被电离,产生类似的上升前体通道,逆着下降的前体通道,当接触时,电子猛烈地向地面移动,从连接点产生强烈的光度。当主通道和分支中的电子开始加速并朝向地面前进时,整个电离路径都亮了起来。所有负电荷,包括来自云的负电荷,都会以持续几微秒的流动方式消散到地面。而在这个区间内,通道内的温度却达到了三万多摄氏度,平均而言,同一半径内会发生三四次放电事件,称为后续回流放电,彼此相隔大约五十毫秒的时间间隔。如果云中有更多负电荷可用,则会出现新的后续放电​​,称为“连续先导”,它比初始前体通道移动得更快,因为它遵循已经打开的电离路径,在几毫秒内到达地面。然而,通常在后面的返回放电中沉积的电子量小于第一次。虽然初始放电电流通常为 30 千安 (kA),但随后的放电电流在 10 到 15kA 之间。随着主通道的路径,回流排放几乎没有分支。平均三十库仑从云转移到地面。可以观察到闪电在发生过程中闪烁,这是由于各种返回放电造成的。通常,整个过程的平均持续时间为 0.2 秒。这归因于各种回流排放。通常,整个过程的平均持续时间为 0.2 秒。这归因于各种回流排放。通常,整个过程的平均持续时间为 0.2 秒。

云对地正放电

闪电并不总是来自云的带负电区域。在某些情况下,放电来自大型积雨云的顶部,其上部形状水平延伸。虽然它的出现比较少见,但正射线却有着奇特的特点。最初,前体通道看起来是均匀的,这与负放电不同。当接触时,只发生一次返回放电,其峰值电流达到 200 多千安,远高于负射线的平均值,而该电流在几毫秒内保持恒定。这种类型的放电比通常的负放电具有更大的破坏潜力,特别是对于工业建筑,取决于承载的大负载。

云内放电

大多数放电通常发生在云中。放电的前体通道出现在云底部的负核中并向上运行,正电荷通常集中在那里。典型的持续时间为 0.2 秒,这些放电具有几乎连续的辉光,其标志是可能归因于电荷袋之间发生的返回放电的脉冲。云内放电转移的总电荷量与云对地射线的长度相同。到达云顶后,这条通道分成水平分支,从那时起,电子从云底转移。在放电通道的起点附近,负电荷向它移动,延伸了云底部的分支并增加了放电的持续时间。然而,当云的下部和上部之间的主要联系被打破时,光束就结束了。

地云放电

据观察,从高层结构和山顶,出现了沿垂直方向跟随云的放电前驱通道。从那时起,负电荷流向地面,或者电子流向云层,但频率较低。通常,前体通道起源于单个点,从该点沿垂直方向向云分支。它的发生主要与金属结构的存在有关,例如建筑物和通信塔,其高度超过一百米,其尖端能够增强感应电场,从而引发前驱放电。建立连接后,会发生类似于负云对地放电的返回放电。

特点

光线根据它们的轨迹以各种形式表现出来。除了两朵云之间的闪电,最常见的是发生在云内部和连接云与地面的那些。它们通常显得强烈而明亮,有时会产生频闪效果。当从远处观看时,它的光度遍布云层和天空,尽管听不到雷声。射线的光度可以在几十公里外看到。这种类型被称为热闪电,因为它通常与远离地平线的夏季风暴有关。当它发生在云层内时,闪电能够完全照亮它们,产生一种明显的光度,遍布整个天空。最终,云内放电以极其分支的通道的形式出现,在积雨云的最高区域水平扩展,延伸到大部分区域。水平分布的光线通常看起来比平均移动速度慢。在云和地面之间的放电中,可能会出现形状类似于带状的放电。这是由能够移动电离通道的强风引起的,然后随着每次放电,它似乎横向移动,形成彼此平行的段。正射线,因为它们从积雨云的最高部分开始,可以延伸到风暴区域之外,到达数英里外天气稳定的区域。这种光束的引导放电可以水平行进几公里,然后突然朝向地面,所有类型的放电都会留下一个极热的电离空气通道,它们通过。在终止电荷流动后,剩余的通道迅速冷却并分解成几个更小的部分,形成一系列很快消失的亮点。形成段的原因来自这样一个事实,即通道沿其自身具有不同的厚度,较厚的部分需要更长的时间来冷却。这种现象极难观察,因为整个过程只需要几分之一秒。其中一个鲜为人知的现象是球状射线。它的平均直径在二十到五十厘米之间,似乎与风暴有关,它没有那么明亮的光晕,通常以随机方向水平移动并持续几秒钟。关于它的存在仍有许多疑问,尚未得到证实,尽管有许多历史记载,甚至在建筑物内部也会发生这种现象的目击者。

相关现象

放电会产生各种频率的电磁辐射,包括可见光、无线电波和高能辐射,这些都是闪电的特征。另一方面,闪电通道中温度的升高会产生形成雷声的声波。放电电场的变化会在高层大气中引起其他类型的瞬态现象。通常,在雷暴期间,闪电会出现的次数更多,这是一种放电频率很高的风暴。当放电直接落在沙质土壤上时,巨大的温度会导致其颗粒熔化,一旦电流停止,这些颗粒就会融合并形成电灼石,其获得的形状与放电进入土壤的路径相对应。

由大气放电引起的声波是雷声的特征。它们是由于排放通道中的加热导致空气快速膨胀而产生的。频率范围从几赫兹到几千赫兹。观察闪电和感知雷声之间的时间间隔,因为光的传播速度比声音快得多,声音的速度为每秒 340 米。持续不到两秒,接着是一声巨响,持续数秒才消散。雷声的持续时间取决于闪电的形状,声波从整个通道向四面八方传播,导致听者最近和最远部分之间的巨大差异。由于大气使声波衰减这一事实,与远距离放电相关的雷声在行进几公里时变得听不见,从而失去能量。此外,风暴发生在大气不稳定的地区这一事实有利于声能的消散。

高能辐射

这些射线会产生电磁波谱范围最广的辐射,从超低频、穿过可见光到 X 射线和伽马射线。后者是高能量的,是由电子在放电瞬间在强电场中加速产生的。这两种类型的辐射都会被大气衰减,X 射线被限制在射线附近,而伽马射线尽管强度随着距离的不同而显着降低,但可以从地面和人造卫星上检测到。风暴通常与地面伽马射线闪电、地面高层大气中的高强度辐射的发生有关。 AGILE 等卫星每年大约会监测这种现象的发生数十次。模型表明,风暴内部可以产生一种奇特的放电,其中高能电子与其相应的反物质正电子相互作用。这个过程导致产生更多能量的粒子,最终产生伽马射线爆发。这些放电速度极快,比普通射线本身更快,尽管涉及大量能量,但它们发出的光很少。尽管尚未获得结论性结果,但接近风暴的飞机可能会受到大量辐射剂量。这个过程导致产生更多能量的粒子,最终产生伽马射线爆发。这些放电速度极快,比普通射线本身更快,尽管涉及大量能量,但它们发出的光很少。尽管尚未获得结论性结果,但接近风暴的飞机可能会受到大量辐射剂量。这个过程导致产生更多能量的粒子,最终产生伽马射线爆发。这些放电速度极快,比普通射线本身更快,尽管涉及大量能量,但它们发出的光很少。尽管尚未获得结论性结果,但接近风暴的飞机可能会受到大量辐射剂量。

舒曼共振

在地球表面和电离层之间,几十公里高,形成一个空腔,极低频电磁辐射(几赫兹的数量级)被困在其中。结果,它们环绕整个地球数次,直到它们消散。射线在这个频率范围内产生辐射,这就是为什么它们是维持这种称为舒曼共振的现象的主要来源。一直发射的辐射和随后的共振的叠加产生了确定的辐射峰。舒曼共振监测是跟踪与风暴相关的行星电活动的重要方法,因此可用于全球气候分析。

瞬态光事件

在地球的高层大气中,在暴风云之上,会发生具有不同特征的排放,统称为瞬态光事件。虽然它们在平流层和中间层延伸了数十公里,但实际上用肉眼观察它们是不可能的,主要是因为它们的光度低。然而,安装在飞机、卫星甚至陆地上的摄像机,但针对接近地平线的风暴,能够证明这种现象的存在。这些现象的起源归因于电场变化引起的电激发,特别是当存在云对地放电时。在最显着的瞬态现象中,精灵脱颖而出,它们立即出现在风暴中发生的大半径上方,通常呈现红色和类似触手的圆柱形。反过来,蓝色喷射流出现在大风暴云的顶部,并在垂直方向上传播,高达约 50 公里。两者的最大持续时间都是几毫秒。最后,精灵(英文首字母缩写词,意思是电磁脉冲源引起的低频电磁辐射和光发射)呈圆盘状,持续几毫秒。它的起源可能来自下方云层中大量放电时产生的电磁脉冲的传播。两者的最大持续时间都是几毫秒。最后,精灵(英文首字母缩写词,意思是电磁脉冲源引起的低频电磁辐射和光发射)呈圆盘状,持续几毫秒。它的起源可能来自下方云层中大量放电时产生的电磁脉冲的传播。两者的最大持续时间都是几毫秒。最后,精灵(英文首字母缩写词,意思是电磁脉冲源引起的低频电磁辐射和光发射)呈圆盘状,持续几毫秒。它的起源可能来自下方云层中大量放电时产生的电磁脉冲的传播。

研究和监测

自 1870 年以来最古老的分析光线的技术是光谱学,它包括将光分解成不同频率。由于这种方法,发现了放电内部的温度,以及电离通道的电子密度。还有从 1920 年开始使用的设备系统,其原理是检测来自射线的电磁辐射,这使得除了位置之外还可以确定其强度和形状。在雷击发生率高的地方,特别是塔楼和山顶,安装了能够直接测量入射电流的装置。鉴于闪电发生的时间间隔非常短,高速摄像机对于检测电荷破坏空气介电强度并在两个区域之间转移电荷的时间间隔至关重要,尤其是在将图像与电磁场。在建筑物和通信塔等高层结构中,安装了传感器,可让您直接评估风暴期间穿过的负载量。为了监测大面积的放电,创建了战略性安装的传感器网络,以精确检测放电发出的电磁波的位置。尽管如此,通过发送能够计算全球范围内所有放电的卫星,可以获得地球电活动的真实维度。发送到云层内部的设备提供了有关云层中负载分布的重要数据。气球、小型火箭和装备精良的飞机被故意送入风暴中,被凌空击中数十次。有可能通过小型火箭获得人造射线,在上升时携带一根细金属线连接。随着设备上升,这根电线被展开,直到在合适的条件下,放电穿过电线并撞击地面。纱线瞬间蒸发,但是由于导线留下的电离原子的路径,电流所采用的路径通常是笔直的。科学家们还能够产生闪电引发的激光束,在短时间内产生等离子细丝,使电荷流动,从而产生放电。

分配

通过卫星观测,可以估计世界各地发生的闪电数量。平均而言,地球上每秒发生 50 到 100 次雷击,这导致每年产生 1 到 30 亿次闪电,其中 90% 以上分布在出现的土地上。通过仪器获得的数据证明,大部分射线发生在热带和亚热带地区,主要分布在中非、南亚和东南亚、南美洲中部和美国南部。刚果盆地有多个地点的大量闪电,特别是在卢旺达,放电密度超过每年每平方公里八十次。高大的结构倾向于接收更多的放电。以帝国大厦为例,在纽约,它每年受到大约 20 次撞击,其中一半以上是地对云放电。里约热内卢市的基督救世主纪念碑全年平均下载量达 6 次。另一方面,在北极和南极地区,实际上不存在放电。闪电的发生与对流系统直接相关,在它们活动的高度,每秒可以呈现不止一条射线。具有中尺度对流复合体的风暴,例如热带气旋和飓风,会达到极端的放电水平,其峰值达到每秒超​​过 1 个云对地半径。超级单体的形成也与正射线的出现有很强的关系,每小时出现的次数超过三十次。超级单体放电率与龙卷风形成之间的关系仍不清楚。还应注意的是,在某些事件中,云对地闪电的发生发生在云具有最大高度的正下方,尽管这种关系尚未在所有类型的风暴中得到证实,尤其是在海洋上空的风暴。风暴作为一个整体可以具有双极电荷分布,其中电子在云的一部分聚集在一起,而正电荷在另一端聚集在一起。尽管闪电总是与大型风暴系统有关,并且会产生降雨,但这两种现象之间的直接关系尚不清楚。请注意,在热带地区,电活动主要集中在夏季月份。据信,全球变暖将导致全球闪电发生率增加。然而,随着大气温度平均升高每摄氏度,预测的当前发生率在 5% 到 40% 之间存在差异。事实上,其大部分领土位于热带地区,这意味着更多的风暴和因此更多的闪电。亚马逊地区是最常发生放电的地区。在该国平均发生的 5000 万次雷击中,1100 万次仅发生在亚马逊州。据美国国家空间研究所的研究人员称,在东南地区,闪电的数量往往会增加。导致这种增加的两个主要因素是城市增长,这有利于风暴的出现,以及全球变暖导致的温度升高。

安全

闪电经常落在地面上,因此,未受保护的基础设施工程会受到放电损坏。除了电流强度和雷击持续时间外,造成的损坏程度在很大程度上取决于放电部位本身的特性,尤其是其导电性。声波通常会造成相对较小的损害,例如打破窗户。撞击物体时,电流会使其温度大大升高,因此可燃材料会带来风险。输电线路是脆弱的元素,停电的案例不胜枚举,其中最著名的是 1977 年纽约的停电和 1999 年和 2009 年巴西和巴拉圭的停电。

保护

电力传输网络是最容易发生雷击的部件之一。输电线路放电的下降会长距离传输高电压尖峰,严重损坏电器并给用户带来风险。然而,对设备的大多数损坏来自电磁感应的影响,其中放电通过靠近传输线的导体时会引起峰值电流和电压的出现。闪电接触时电荷流产生的静电感应会导致火花和电压尖峰,根据情况可能会很危险。地下电缆也容易积聚不需要的电流。保护设备寻求有效地将电流消散到大地。避雷针是最常用的设备之一,由连接到大地的金属棒形成,旨在吸引光线并以安全的方式传导。如果遇到暴风雨,最好的个人保护形式是寻找一个安全的庇护所。最推荐封闭的房屋和建筑物,尤其是那些配备防雷系统的房屋。汽车和公共汽车等金属车辆提供了合理的保护,但必须关闭车窗并避免接触金属部件。避免靠近孤立的树木、金属塔、电线杆和金属栅栏。强烈建议在危险情况下,不要呆在开阔的田野、游泳池、湖泊和海洋中。在建筑物内部,应避免使用任何导电表面延伸到室外区域的设备,例如电气设备和水管。

死亡人数

没有关于世界各地发生的死亡人数的可靠数据,因为许多国家没有考虑到这种类型的事故。然而,风险区位于热带地区之间,大约有 40 亿人居住在那里。在巴西,2011 年有 81 人受到放电影响,其中四分之一在北部地区。据 INPE 研究人员称,死亡人数与缺乏信息直接相关。例如,在东南地区,即使闪电发生率增加,死亡人数也有所减少。在该国,大多数受影响的人在农村从事农业活动并使用锄头和砍刀等金属物品。第二个主要原因是在暴风雨期间靠近车辆并使用摩托车或自行车、附近放电引起的电流、接触被闪电击中的导电物体,甚至放电引起的爆炸或火灾造成的伤害。受电流影响的人的轻微症状包括精神错乱、暂时性耳聋和失明以及肌肉疼痛,但通常会完全康复。在中度病例中,还会出现金属功能障碍、运动障碍、一级和二级烧伤。恢复是可能的,但有脑混乱等后遗症,精神运动障碍和慢性疼痛。最后,放电造成的严重损害会导致心肺骤停、脑损伤、严重烧伤和永久性耳聋等。在大多数情况下,患者有不可逆的后遗症,主要影响神经系统。平均五分之一的人死于电击。

损失

在巴西,雷击农场对养牛者造成损害。美国国家空间研究所 (INPE) 的一项调查显示,十年间,有 2,973 只动物在野外被闪电杀死。损失最大的州是马托格罗索州,有 437 只动物死亡。INPE 认为,由于偏远地区的报告不足,这个数字可能更高。估计当期亏损1500万雷亚尔。

记录

2020 年 6 月 25 日,世界气象组织公布了两项闪电记录的记录:覆盖距离最长、秒数最长,称为兆次闪电。2018 年 10 月 31 日,巴西南部南里奥格兰德州的最长半径记录在水平线上覆盖了 709 公里,横穿该州北部,是之前记录的两倍多在俄克拉荷马州(美国),有 321 公里。记录的持续时间最长的闪电发生在阿根廷,持续 16.73 秒,从 2019 年 3 月 4 日在该国北部开始的闪电开始,也是之前记录在普罗旺斯-阿尔卑斯- 7.74 秒的记录的两倍多。 2012 年 8 月 30 日,法国蔚蓝海岸。

其他起源

除了风暴,火山爆发也是常见的闪电来源。在喷发过程中,火山灰颗粒相互碰撞,产生摩擦,从而积累电荷。据观察,最高的电活动与灰云的大小直接相关。然而,这种放电通常被限制在云中,很少能到达更远的区域。尽管如此,它们仍然是无线电传输的主要干扰源,有时会在山上引发森林火灾。放电强度与喷发强度直接相关。由于热核爆炸,可能会发生放电。它们通常将电子从地面转移到大气中,形成数公里长的电离通道。这种现象的起源尚不清楚,但可能与爆炸的放射性排放有关。也有报告称,闪电来自大火的云层,沙尘暴也是放电的来源,其来源可能来自沙粒之间的碰撞,沙粒在碰撞时会积累电荷并产生闪电。其起源可能来自沙粒之间的碰撞,沙粒在碰撞时积累电荷并产生射线。其起源可能来自沙粒之间的碰撞,沙粒在碰撞时积累电荷并产生射线。

外星射线

大气放电并不是地球独有的。在太阳系的其他几颗行星上,已经证实存在不同强度的射线。从这些观察可以看出,放电发生的概率与大气中的水有直接关系,虽然不是唯一的原因。这是从金星快车航天器派遣中得到证实的。在火星上,已经检测到放电的直接迹象,这可能是由地球上发生的大型沙尘暴引起的。据研究人员称,火星电活动具有重要意义,因为它改变了大气的成分,人类探索的宜居性和准备 在木星上,几次任务都观察到了赤道地区和极地地区的放电现象。地球上的风暴是由对流引起的,类似于地球上的风暴。包括水蒸气在内的气体从行星深处升起,小颗粒在冻结时相互摩擦,从而产生静电电荷,以闪电的形式释放。由于木星的风暴比地球的风暴大得多,强度也大得多,因此射线的强度要大得多,其强度比我们星球上有史以来记录的任何闪电都要强十倍。在土星上,闪电的频率要低得多。尽管如此,大型风暴系统的出现导致了超过地球射线能量一万倍的放电的出现。尽管桑达·卡西尼号几乎没有目视观察到,但无线电波揭示了它们的存在。另一方面,尽管泰坦有厚厚的活跃大气层,但迄今为止还没有记录到放电。

也可以看看

笔记

参考

参考书目

外部链接

«大气电力集团»。国家空间研究所«闪电安全»(英文)。国家海洋和大气管理局 «WWLLN»(英文)。全球光线追踪网络«EUCLID»(英文)。欧洲闪电探测合作