闪电的物理
闪电的物理
李新伟
2011年9月
闪电是香港常见的一种恶劣天气,有机会对人畜或设施做成破坏。每当有闪电和伴随的雷暴影响香港,天文台会发出雷暴警告,提醒市民和相关政府部门采取适当的防护措施。
当香港受不稳定的天气系统影响时,例如气流扰动、低压槽或热带气旋等,闪电都会有可能出现。闪电是一种大气放电现象。因为有极大电流流经空气,产生大量热能,发出强光。热能同时加热空气,令空气急剧膨胀,做成巨大冲击,产生巨响,就是常常伴随闪电的雷声。
产生闪电的放电过程源于云与云或云与地之间的巨大电位差。闪电很多时与积雨云有关。实地测量结果显示,积雨云中的电位差可达每米〔m〕十万伏特〔V〕,即 105V/m。那麽为何云与云及云与地之间会出现如此巨大的电位差呢?积雨云中电荷分离的过程相当复杂,有多个机制在其中作用。其中一个被大多数科学家所接受的电荷分离机制是:由于积雨云内的空气处于不稳定状态,存在剧烈上升和下降气流,云中的降水粒子,如水滴、冰晶和雹粒等受大气固有电场[1]作用而极化,正电荷移至粒子下部而负电荷移至粒子上部。上升气流中的中性粒子会与它们碰撞,因为接触点主要在降水粒子下部,所以上升粒子会带走正电荷,并把它们输送到云的上部,形成积雨云下部主要是负电荷。当负电荷累积到足够的数量,便与地面的感应正电荷产生巨大电位差,到达临界点时,会引发放电现象,导至闪电〔图一〕。
天文台在2005年与广东省气象局及澳门地球物理暨气象局合作建立了一个闪电定位网络,监测珠江三角洲的闪电活动。闪电发生后,定位网络录得的闪电位置会以图像形式在天文台的网页上显示,供市民参考。

图一
注:
即『晴天大气电场』,有关资料可见于现代防雷技术基础第31页。
即『晴天大气电场』,有关资料可见于现代防雷技术基础第31页。
参考资料:
[1] 虞吴、臧庚媛和赵大铜,现代防雷技术基础,气象出版社,2002
[2] UK Meteorological Office, Meteorological Glossary, Her Majesty’s Stationery Office, 1972
[1] 虞吴、臧庚媛和赵大铜,现代防雷技术基础,气象出版社,2002
[2] UK Meteorological Office, Meteorological Glossary, Her Majesty’s Stationery Office, 1972