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雷雨云是一大團(tuán)翻騰、波動(dòng)的水、冰晶和空氣。當(dāng)云團(tuán)里的冰晶在強(qiáng)烈氣流中上下翻滾時(shí)，水分會(huì)在冰晶的表面凝結(jié)成一層層冰，形成冰雹。這些被強(qiáng)烈氣流反復(fù)撕扯、撞擊的冰晶和水滴充滿了靜電。其中重量較輕、帶正電的堆積在云層上方；較重、帶負(fù)電的聚集在云層底部。至于地面則受云層底部大量負(fù)電的感應(yīng)帶正電。當(dāng)正負(fù)兩種電荷相遇并產(chǎn)生電火花時(shí)，雷雨云便被點(diǎn)燃并電閃雷鳴。雷雨云
一大團(tuán)翻騰的水、冰晶和空氣
雷雨云是一大團(tuán)翻騰、波動(dòng)的水、冰晶和空氣。當(dāng)云團(tuán)里的冰晶在強(qiáng)烈氣流中上下翻滾時(shí)，水分會(huì)在冰晶的表面凝結(jié)成一層層冰，形成冰雹。這些被強(qiáng)烈氣流反復(fù)撕扯、撞擊的冰晶和水滴充滿了靜電。其中重量較輕、帶正電的堆積在云層上方；較重、帶負(fù)電的聚集在云層底部。至于地面則受云層底部大量負(fù)電的感應(yīng)帶正電。當(dāng)正負(fù)兩種電荷的差異極大時(shí)，就會(huì)以閃電的形式把能量釋放出來。
基本信息
中文名
雷雨云
外文名
thunder cloud
云層底部
較重、帶負(fù)電
組成
水、冰晶和空氣
云層上方
重量較輕、帶正電
特點(diǎn)
大多數(shù)研究資料表明，雷雨云上部帶正電荷，下部帶負(fù)電荷，云中基本為正負(fù)雙極性分布。有時(shí)還觀測到雷雨云下底部有一個(gè)或幾個(gè)局部弱正電荷區(qū)，它往往與太陽雨過程相關(guān)聯(lián)。當(dāng)雷雨云在空中漂移運(yùn)動(dòng)時(shí)，雷雨云對(duì)大地感應(yīng)出的是異種電荷，也隨著雷雨云在雷雨云下方跟著雷雨云移動(dòng)，它們之間的電場強(qiáng)度，也在不斷變化。
基本概述
雷雨云的形成需要一定的條件，從局地條件來看，首先，大氣的垂直層結(jié)必須是不穩(wěn)定的，以便誘發(fā)對(duì)流活動(dòng)的發(fā)生和發(fā)展；其次，空氣中要有足夠的水分，能夠滿足云的生成。從天氣背景來看，應(yīng)當(dāng)有促發(fā)局地對(duì)流發(fā)展的天氣形勢(shì)，如冷鋒過境、正在填塞中的低壓、反氣旋后部、小波動(dòng)以及高空下股冷空氣活動(dòng)等。雷雨云往往由積云發(fā)展而來，它是對(duì)流云發(fā)展的成熟階段。一個(gè)發(fā)展完整的對(duì)流云，一般都有一個(gè)形成、成熟和消散的過程。
不同的地方，不同的發(fā)展階段，對(duì)流云的厚度相差十分懸殊。在中國西北高原地區(qū)，由于大氣中的水汽不充沛，對(duì)流云發(fā)展到積雨云階段也只有3—4公里厚；而中、高緯度的鋒面性對(duì)流云，在發(fā)展初期其厚度即可達(dá)到5—6公里；在熱帶海洋地區(qū)，例如美國的佛羅里達(dá)，由于水汽充足，對(duì)流云發(fā)展十分旺盛，其云頂?shù)诌_(dá)平流層，高度可達(dá)20公里以上，其水平尺度一般約為30—40公里。在大多數(shù)情況下，云體先在垂直方向較快增長，當(dāng)云頂達(dá)到一定的高度并比較穩(wěn)定之后，才在水平方向較快地增長。
雷雨云成熟的標(biāo)志是伴有雷電活動(dòng)和降水，當(dāng)下沉氣流在地面形成陣風(fēng)時(shí)，地面溫度開始明顯下降。一陣電閃雷鳴，狂風(fēng)暴雨過后，雷雨云就進(jìn)入消散階段。在消散階段，云中已為有規(guī)則的下沉氣流所控制。云體逐漸崩潰，云上部很快演變成高積云和偽卷云，而云底有時(shí)還有一些碎積云或碎層云，它們是由降水在地面蒸發(fā)后上升凝聚而成的。
在雷雨云的下方，大氣的電場與晴天正好反向，也就是說，此時(shí)地面帶正電荷。它是由雷雨云感應(yīng)產(chǎn)生的。這說明雷雨云帶有負(fù)電荷。大量的研究證明，在雷雨云中存在著正、負(fù)兩種電。正電荷集中在云的上部，而負(fù)電荷集中在云的中下部。在通常情況下，云下部的負(fù)電荷略多于上部的正電荷。有時(shí)，在云的底部還有一個(gè)范圍不大的帶正電荷區(qū)域，它一般處于云的前部，這里上升氣流有局部的極大值。
形成過程
人們通常把發(fā)生閃電的云稱為雷雨云，其實(shí)有幾種云都與閃電有關(guān)，如層積云、雨層云、積云、積雨云，最重要的則是積雨云，一般專業(yè)書中講的雷雨云就是指積雨云。云的形成過程是空氣中的水汽經(jīng)由各種原因達(dá)到飽和或過飽和狀態(tài)而發(fā)生凝結(jié)的過程。使空氣中水汽達(dá)到飽和是形成云的一個(gè)必要條件，其主要方式有：
（1）水汽含量不變，空氣降溫冷卻；
（2）溫度不變，增加水汽含量；
（3）既增加水汽含量，又降低溫度。
但對(duì)云的形成來說，降溫過程是最主要的過程。而降溫冷卻過程中又以上升運(yùn)動(dòng)而引起的降溫冷卻作用最為普遍。積雨云就是一種在強(qiáng)烈垂直對(duì)流過程中形成的云。由于地面吸收太陽的輻射熱量遠(yuǎn)大于空氣層，所以白天地面溫度升高較多，夏日這種升溫更為明顯，所以近地面的大氣的溫度由于熱傳導(dǎo)和熱輻射也跟著升高，氣體溫度升高必然膨脹，密度減小，壓強(qiáng)也隨著降低，根據(jù)力學(xué)原理它就要上升，上方的空氣層密度相對(duì)說來就較大，就要下沉。熱氣流在上升過程中膨脹降壓，同時(shí)與高空低溫空氣進(jìn)行熱交換，于是上升氣團(tuán)中的水汽凝結(jié)而出現(xiàn)霧滴，就形成了云。在強(qiáng)對(duì)流過程中，云中的霧滴進(jìn)一步降溫，變成過冷水滴、冰晶或雪花，并隨高度逐漸增多。在凍結(jié)高度（-10攝氏度），由于過冷水大量凍結(jié)而釋放潛熱，使云頂突然向上發(fā)展，達(dá)到對(duì)流層頂附近后向水平方向鋪展，形成云砧，是積雨云的顯著特征。
積雨云形成過程中，在大氣電場以及溫差起電效應(yīng)、破碎起電效應(yīng)的同時(shí)作用下，正負(fù)電荷分別在云的不同部位積聚。當(dāng)電荷積聚到一定程度，就會(huì)在云與云之間或云與地之間發(fā)生放電，也就是人們平常所說的"閃電"。
雷電以其巨大的破壞力給人類社會(huì)帶來了慘重的災(zāi)難，尤其是近幾年來，雷電災(zāi)害頻繁發(fā)生，對(duì)國民經(jīng)濟(jì)造成的危害日趨嚴(yán)重。我們應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)防雷意識(shí)，與氣象部門積極合作，做好預(yù)防工作，將雷害損失降到最低限度。
三個(gè)階段
雷雨云是對(duì)流云發(fā)展的成熟階段，它往往是從積云發(fā)展起來的。發(fā)展完整的對(duì)流云，其生命史可以分為以下三個(gè)階段：
形成階段：這一階段主要是從淡積云向濃積云發(fā)展。云的垂直尺度有較大的增長，云頂輪廓逐漸清楚，呈圓孤狀或菜花形，云體聳立成塔狀。這樣的云我們?cè)谑⑾某３？吹健Ｔ谛纬呻A段中，云中全部為比較規(guī)則的上升氣流，在云的中、上部為最大上升氣流區(qū)。上升氣流的垂直廓線呈拋物線型。一般不會(huì)產(chǎn)生雷電。在其形成階段，淡積云向濃積云發(fā)展。云的垂直尺度有較大的增長，云頂?shù)妮喞饾u清晰，呈圓弧狀或花菜形，云體聳立成塔狀。在這一階段，云中全部為比較規(guī)則的上升氣流，云的中上部是最大氣流上升區(qū)。此階段經(jīng)歷的時(shí)間大約為15分鐘，一般不會(huì)產(chǎn)生雷電和降水。
成熟階段：從濃積云發(fā)展成積雨云，就伴隨雷電活動(dòng)和降水，這是成熟階段的征象。在成熟階段，云除了有規(guī)則的上升氣流外，同時(shí)也有系統(tǒng)性的下沉氣流。上升氣流通常在云的移動(dòng)方向的前部。往往在云的右前側(cè)觀測到最強(qiáng)的上升氣流。上升氣流一般在云的中、上部達(dá)到最大值，濃積云逐漸發(fā)展成積雨云。此階段，云中除了有規(guī)則的上升氣流外，同時(shí)也有系統(tǒng)性的下沉氣流。上升氣流通常在云的移動(dòng)方向的前部，氣流的最大值一般出現(xiàn)在云的中上部，其速度可以達(dá)25—60米/秒，甚至更高。下沉氣流是一支從云的中下部傾斜地穿出來的氣流，它對(duì)雷雨云的發(fā)展成熟不單純起消極作用，還與上升氣流一起構(gòu)成云中的鉛直環(huán)流。對(duì)流云的厚度與起水平尺度具有同一數(shù)量級(jí)。這是對(duì)流云與其他種類云最重要的差異之一。
消散階段：一陣電閃雷鳴、狂風(fēng)暴雨之后，雷雨云就進(jìn)入了消散階段。這時(shí)，云中已為有規(guī)則的下沉氣流所控制。云體逐漸崩潰，云上部很快演變成中、高云系，云底有時(shí)還有一些碎積云或碎層云。
起電理論
雷雨云起電的機(jī)理目前主要有四種理論：
水滴破裂效應(yīng)：云中水滴在高速氣流中作激烈運(yùn)動(dòng)，分裂成一些帶負(fù)電的較大顆粒和帶正電的較小顆粒，后者同時(shí)被上升氣流攜帶到高空，前者落在低空，這樣正負(fù)兩種電荷便在云層中被分離，這也就是造成90％的云層下部帶負(fù)電的原因。
吸電荷效應(yīng)：由于宇宙射線或其它電離作用，大氣中存在正負(fù)離子，又因?yàn)榭臻g存在電場，在電場力的作用下正負(fù)離子在云的上下層分別積累，從而使雷雨云帶電，又稱感應(yīng)起電。
水滴凍冰效應(yīng)：水滴在結(jié)冰過程中會(huì)產(chǎn)生電荷，冰晶帶正電荷，水帶負(fù)電荷，當(dāng)上升氣流把冰晶上的水分帶走時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致電荷的分離，而使雷雨云帶電。
溫差起電效應(yīng)：實(shí)驗(yàn)證明在冰塊中存在著正離子（H+）和負(fù)離子（OH-），在溫度發(fā)生變化時(shí)，離子發(fā)生擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)并相互分離。積雨云中的冰晶和雹粒在對(duì)流的碰撞和摩擦運(yùn)動(dòng)中會(huì)造成溫度差異，并因溫差起電，帶電的離子又因重力和氣候作用而分離擴(kuò)散，最后達(dá)到一定的動(dòng)態(tài)平衡。
紫外線光解水帶電效應(yīng)：2016年中國科學(xué)家提出的新觀點(diǎn)，從光化學(xué)反應(yīng)角度來解釋這個(gè)物理現(xiàn)象。
雷雨云帶電，是由于高空中的云朵受到<258nm的紫外線照射，發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)而伴隨產(chǎn)生的一個(gè)物理現(xiàn)象。雷雨云中電荷產(chǎn)生的類似臭氧層中臭氧產(chǎn)生的原理。雷雨云的空間分布大約在1000米—10000米的高空，云團(tuán)內(nèi)部的主要物質(zhì)為水（H2O），隨著溫度和氣壓的不同，云中的水分為固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)，水的化學(xué)鍵為H—O—H,氫氧鍵的鍵能為463/(kJ/mol)=4.8ev(E=1240/λ),即波長<258nm的紫外線就能夠?qū)溲蹑I激發(fā)斷裂。化學(xué)方程式為：H2O+hv（<258nm紫外線）→H+和OH-。H—OH在被波長<258nm的紫外線照射激發(fā)時(shí)，原子鍵斷裂的那一瞬間，H粒子奪取電子的能力遠(yuǎn)弱于OH，所以，在斷裂時(shí)，H粒子失去電子變?yōu)镠+，OH奪得電子變?yōu)镺H-（臭氧層中，氧氣分子鍵被紫外線照射激發(fā)斷裂時(shí)，由于兩個(gè)氧原子奪取電子的能力相同，不存在帶電的問題）。云團(tuán)中的H+、OH-是極不穩(wěn)定的（原因與臭氧層中O原子不穩(wěn)定道理類似），它們會(huì)迅速的與周圍的粒子發(fā)生反應(yīng)形成穩(wěn)定的粒子。有如下三種情況：（H+）+（OH-）=H2O（電量中和）（H+）+（H+）→H2+(帶正電)（OH-）+（OH-）→H2O2-（帶負(fù)電）帶正電荷的H2、H由于比重（密度）遠(yuǎn)遠(yuǎn)輕于云團(tuán)中的水蒸氣（周圍環(huán)境），它會(huì)迅速的向云朵的上方運(yùn)動(dòng)，并且一邊運(yùn)動(dòng)一邊將自身的正電荷帶到云朵的上方（導(dǎo)致云朵上方帶正電）。帶負(fù)電荷的H2O2由于比重（密度）重于云團(tuán)中的水蒸氣，它也會(huì)迅速的向云朵的下方運(yùn)動(dòng)，并且一邊運(yùn)動(dòng)一邊將自身的負(fù)電電荷帶到云朵的下方（導(dǎo)致云朵下方帶負(fù)電）。最終結(jié)果是：2H2O=H2+↑+H2O2-↓（<258nm紫外線照射條件下）2H2O2=2H2O+O2(過氧化氫在自然界中極不穩(wěn)定)最終結(jié)果，使得云朵的上方顯正電，下方顯負(fù)電。
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