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閃電的物理

   撰文:李新偉     2011年9月


    閃電是香港常見的一種惡劣天氣,有機會對人畜或設施做成破壞。每當有閃電和伴隨的雷暴影響香港,天文臺會發出雷暴警告,提醒市民和相關政府部門採取適當的防護措施。

    當香港受不穩定的天氣系統影響時,例如氣流擾動、低壓槽或熱帶氣旋等,閃電都會有可能出現。閃電是一種大氣放電現象。因為有極大電流流經空氣,產生大量熱能,發出強光。熱能同時加熱空氣,令空氣急劇膨脹,做成巨大衝擊,產生巨響,就是常常伴隨閃電的雷聲。

    產生閃電的放電過程源於雲與雲或雲與地之間的巨大電位差。閃電很多時與積雨雲有關。實地測量結果顯示,積雨雲中的電位差可達每米〔m〕十萬伏特〔V〕,即 105V/m。那麽為何雲與雲及雲與地之間會出現如此巨大的電位差呢?積雨雲中電荷分離的過程相當複雜,有多個機制在其中作用。其中一個被大多數科學家所接受的電荷分離機制是:由於積雨雲內的空氣處於不穩定狀態,存在劇烈上升和下降氣流,雲中的降水粒子,如水滴、冰晶和雹粒等受大氣固有電場1作用而極化,正電荷移至粒子下部而負電荷移至粒子上部。上升氣流中的中性粒子會與它們碰撞,因為接觸點主要在降水粒子下部,所以上升粒子會帶走正電荷,並把它們輸送到雲的上部,形成積雨雲下部主要是負電荷。當負電荷累積到足夠的數量,便與地面的感應正電荷產生巨大電位差,到達臨界點時,會引發放電現象,導至閃電〔圖一〕。

    天文臺在2005年與廣東省氣象局及澳門地球物理暨氣象局合作建立了一個閃電定位網絡,監測珠江三角洲的閃電活動。閃電發生後,定位網絡錄得的閃電位置會以圖像形式在天文臺的網頁上顯示,供市民參考。


    圖1
    圖一

    註1 — 即『晴天大氣電場』,有關資料可見於現代防雷技術基礎第31頁。


    參考文獻:

  1. 香港天文台網站
  2. 虞吳、臧庚媛和趙大銅,現代防雷技術基礎,氣象出版社,2002
  3. UK Meteorological Office, Meteorological Glossary, Her Majesty’s Stationery Office, 1972
最近修訂日期: <2012年12月21日>