雷电的形成与危害OBO

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1、雷电的形成与危害OBO中国培训中心胡冰（O）025-83317911（M）13645161828（EMAIL）mh00@cgpower.com夏季，在大气中常常发生伴有巨大隆隆爆炸声的强烈闪光现象、即雷电现象。它是“国际十年减灾”统计的最严重的十大灾害之一。大气中的雷电是如何产生的？雷电现象有那些表现形式？雷电流的特征是什么？它是怎样危害人的生命和财产的？能否阻止雷电对人的生命和财产的损害？雷电防护的方法有哪些？这些问题是从事防雷减灾工作者必须知道的基本问题。第一章雷电的形成和分类第一节雷电的形成一、大气中存在着电场人们都知道地球有

2、磁场，人们生活在无处不在的地球磁场中,人的睡眠、电子设备受其影响，如彩电的“跑彩现象”等。但是，大家很少知道人还生活在无处不在的大气电场中，甚至连有些大学教课书都没有清楚地提到过，因此，在某些精密测量中会出现找不出的“怪现象”，使人百思不得其解，实际上产生这种情况的原因是大气中存在着电场。在直角坐标系中，也可表示为：日常生活中常常可以观察到：在移动基站铁塔的尖顶上、渔船的桅杆上、或高压电线上有淡紫色光笼罩，可以听到磁磁声，嗅到臭氧及氧化氮味道，它是一种尖端放电，发生在带电场曲率半径最小的表面位置附近，说明此处大气电场很不均匀，表现出大气中存在着

3、电场。描述大气电场最常用的物理量，一个是电场强度E，另一个是电势V，二者的关系为：另外，可用几何图形形象化地描述大气电场，如图1.1。即用电力线表示静电场。等位面：测出电场中电位相同的点，把这些点用一个面连接起来，这样的一个几何曲面就称为等位面。图1.1晴天大气电场的电力线图1.2晴天大气电场的等势面电场强度E等于电势梯度，所以用等势（位）面的间距就可以表征电场强度E的数值变化。导体表面恒为等势面，所以地面有起伏，空中有导体物时，平行的平面等势面就发生弯曲如图1.2。电力线与等位面相交处总是相互垂直，如果用单位矢量E表示等位面的法线，则上式就

4、可简化为：如果在不同高度测量E，就可测出如图1.3所示的曲线。大气的电场强度数值由地面向上逐渐减少，到10Km以上，已减小到地面处的数值的3%。图1.3大气电场强度E值与高度的关系二、雷电的形成通过长期考察：大气中总是含有大量气体正、负离子，大气具有微弱导电性。这些带电粒子的生成、运动和不同带电离子的分离、聚集使大气显电性、产生大气电场、电流，导致大气中雷电的产生。实际测量表明：各地地面大气电场强度是因时、因地而异，由此可知，大气电场不唯一决定于地球带电，还与空间电荷分布有关。1、大气带电粒子的形成大气带电粒子形成的电离源：大气中放射性物质辐

5、射的射线宇宙射线波长小于1000A的紫外线闪电、火山爆发、森林火灾、尘暴和雪暴火箭、飞机、工厂产生的离子大气：由物理性能不同的暖层（电离层）、中间层、平流层、对流层组成。雷电发生在10Km以下的对流层。低层大气带电离子的形成对的雷电发生有着重要作用。大气电离率：单位体积和单位时间内大气分子被电离为正、负离子对的数目，单位：离子对/cm3·s。描述电离源使大气电离的能力。图1.4各种电离源产生的大气电离率随高度的分布2、大气电流的产生大气分子被射线电离大气电离子。大电离子随时间、地点、大气离子移动而变化，使大气离子的空间分布不

6、均匀。若同一浓度分布区正、负离子均匀分布，混合在一起，宏观大气不显电性。实际上，除电离源产生的正负离子对外，还有云、雾、降水，树枝、花草、尖端放电产生的电荷，火山爆发、沙暴、雪暴、输电线路电晕放电、工厂排烟释放的带电离子等等。受电场、重力、对流等因素的非对称作用，大气中各处，正、负电荷分布不均匀，使任何局部空间都不是中性，显示有净的体电荷分布。因此大气中电荷的多少（电荷的密度）可表示大气带电特征。3、大气电荷密度的表示：若体积为V的大气中携带总的正电荷为Q+，负电荷为Q-，则大气体电荷密度为晴天，大气正、负离子电场力作用、随气流流动、大气

7、湍流扩散影响运动形成晴天大气电流。若用J表示晴天大气电流密度，则：其中：J为传导电流密度，J为对流电密度，J为扩散电流密度。当大气电场强度发生变化时，还考虑大气位移电流。4、云雾和雷雨云的起电学说：云内起电机制（云层是如何带电？）是弄清楚雷电如何产生的重要科学课题，得到了众多大气物理学家的关注，先后提出几十种云内起电机制的理论，但任何一种理论都不能完善地解释所有云荷电的实际观测结果。这些理论概括起来可以分成两类：一是云雾粒子起电；二是雷雨云起电；•云雾粒子起电机制对于云雾粒子，云内的上升气流很弱，云内起电主要是云雾大气内的离子扩散和云滴选择

8、性吸附大气离子引起的。（1）基本假定云雾大气中存有大量大气正、负离子，其中大气正、负轻离子的尺度小、重量轻，具有较高的离子迁移率，成为大气离子由高浓度