第七章雷暴云閃電閃電對國民經(jīng)濟建設(shè)有較大的危害，特別是隨現(xiàn)代高科技的發(fā)展及其廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域，所造成的損失更加重大，閃電可破壞高壓輸電線、誘發(fā)森林火災(zāi)、影響現(xiàn)代通訊和計算此防雷工作的內(nèi)容和范圍大大地擴大了，這時人們對閃電的特點和成因要求更多的了解，從而增強對閃電的防范能力。對此下面將對閃電的特點及電狀況進行說明。閃電的積雨中不同符號荷電中心之間的放電過程，或云中荷電中心與大地和地物之間的放電過程，或云中荷電中心與云外大氣不同符號大氣體電荷中心之間的放電過程。1、根據(jù)閃電部位分類：分成云閃和地閃兩大類。云空閃電是指云內(nèi)荷電中心與云外大氣中不同符號荷電中心之間的放電過程。云頂閃電是指云頂電荷與云頂以上大氣(電離層)間的閃電.（2）地閃是指云內(nèi)荷電中心與大地和地物之間的放電過程狀閃電、球狀閃電和聯(lián)珠狀閃電。比線狀閃電要寬幾百倍，看上去象一條亮帶，擊中煙囪的閃電圖片。球狀閃電看上去象一團火球，因而稱為球聯(lián)珠狀閃電的形狀象掛在空中的一長串珍PDF文件使用"pdfFactoryPro"試用版本創(chuàng)建www.finep7.4a是該系列的第三張，圖7.4b是該系列的第四張，圖7.4c是該系列的第五張。地面，另一支則于空中近乎水平方向伸展很長的距離后消失，并有許多分枝，分枝PDF文件使用"pdfFactoryPro"試用版本創(chuàng)建www.finep云空閃電云空閃電地圖7.5地閃伴有云空閃電的照片環(huán)狀流光環(huán)狀流光噴發(fā)時發(fā)生的云空閃電(1963PDF文件使用"pdfFactoryPro"試用版本創(chuàng)建www.finep球狀閃電是閃電中一種很特殊的閃電現(xiàn)象，它的發(fā)生發(fā)展和演變也與一般閃電有很大的（2）球狀閃電的亮度和顏色：球狀閃電發(fā)出的見，其亮度較為穩(wěn)定。球狀閃電的顏色大多呈橙色和紅色，也觀測到黃色、藍色和綠色的球（3）球狀閃電的氣味和聲響：球狀閃電多數(shù)不狀閃電無明顯氣味，也有發(fā)出硫磺、臭氧或二氧化氮的氣味。（4）球狀閃電的路徑：球狀閃電一般以每秒幾復(fù)雜，有時停滯不前、有時從空中直接向下降落、有接近地面突然改變方向。地面的球狀閃電具有曲折的軌跡，如圖7.2，它可以通過門窗直接有自旋運動。球狀閃電運動的速度不太快。（5）球狀閃電的生命：球狀閃電一般可以存在1—5秒，有吸引性，如當其吸引到金屬物體上時，它通常沿這些物體移動。球狀閃電出現(xiàn)的次數(shù)少而不規(guī)則，因此取得的資料十分有限，它是對科學(xué)家們提出了一個已達幾個世紀的難題。但是由于球狀閃電的奇特的表現(xiàn)，對球狀閃電的報道很多。也引起了許多科學(xué)家的興趣，為什么球狀閃電持續(xù)時間如此之久，它的路徑又為什么曲折漂游，人們?yōu)榇颂岢隽嗽SMeissner(1930)認為球狀閃電是閃電通道方向劇變形成迅速轉(zhuǎn)動的渦旋所致；Bruce(1963)則認為是通道彎曲處由減弱的磁鞘中逃出的高壓力的離子射流所致。這說明球狀閃電；Dawson和Jones（1969）認為球狀閃電的結(jié)構(gòu)是充滿微波的輻PDF文件使用"pdfFactoryPro"試用版本創(chuàng)建www.finep束。104伏/厘米電壓能束縛住半徑200厘米1兆電子伏（4）相干輻射理論，將球閃當作大氣激光器。聯(lián)珠狀閃電多出現(xiàn)在強雷暴期間，并常緊接著一次線狀閃電之后出現(xiàn)在原通道上，聯(lián)珠珍珠，有時則為許多長達幾十米的發(fā)光段，這些亮斑一般較暗淡。聯(lián)珠狀閃電的持續(xù)時間較線狀地閃長得多，熄滅過程也較緩慢。關(guān)于聯(lián)珠狀閃電的形成的原因的解釋也較多，主要有：（3）再如有人認為，由于閃電通道的半徑愈大，閃電通道冷卻的時間愈長，而閃電通道的半徑隨高度呈現(xiàn)周期性的變化，所以在閃電通道消失過程中出（4）還有人認為閃電電流產(chǎn)生磁場，對電離通道內(nèi)的電離氣體振蕩，可能形成駐波，產(chǎn)生周期性節(jié)點，表現(xiàn)為聯(lián)珠狀的亮斑。第二節(jié)地閃概述地閃是云與大地之間的一種放電過程，它與地面建筑物、電訊和電力輸送等人類活動的防雷直接有關(guān)，它對人類造成的危害遠較其它閃電要大。所以對它的研究也較為深入。有關(guān)揭示了地閃的結(jié)構(gòu)，閃電的速度，發(fā)展時間等。(a)由高速旋轉(zhuǎn)相機攝取的梯式閃電(b)慢速相機攝取的閃電構(gòu)，圖7.11表示了閃電放電過程中不同極性電荷的活動情況下面對此分別作說明。PDF文件使用"pdfFactoryPro"試用版本創(chuàng)建www.finep22毫秒70微秒60微秒40毫秒箭式先導(dǎo)梯級先導(dǎo)(a)(b)（a）由博尹斯的旋轉(zhuǎn)式照相機觀測到的地閃結(jié)構(gòu);（b）普通照相機觀測到的閃電圖象箭式先導(dǎo)30毫秒20毫秒60微秒回擊回擊回擊時間氣會初始擊穿，負電荷中和掉正電荷，這時從云下部到云底部全部為負電荷區(qū)。（2）梯級先導(dǎo)過程：隨大氣電場進一步加強，進入起始擊亮的光。梯式先導(dǎo)在大氣體電荷隨機分布的大氣中婉延曲折地進行，并產(chǎn)生許多向下發(fā)展的c)先導(dǎo)f)箭式先導(dǎo)a)起始擊穿c)先導(dǎo)f)箭式先導(dǎo)a)起始擊穿(初期)b)起始擊穿(后期)g)第二次左右，梯式先導(dǎo)由若干個單級先導(dǎo)組傳播速度則快得單個梯級的長度平式先導(dǎo)通道的直徑(3)電離通道：梯式先導(dǎo)向下發(fā)展的過程是一電離過程，在電離過程中生成成對的正、負離子，其正離子被由云中向下輸送的負電荷不斷中PDF文件使用"pdfFactoryPro"試用版本創(chuàng)建www.finep分叉通道失光通道(僅第一閃擊)主通道（4）連接先導(dǎo)：當具有負電位的梯式向上運動，并產(chǎn)生從地面向上發(fā)展的正流光亮。地閃所中和的云中的負電荷，絕大部分在先導(dǎo)放電時貯存在先導(dǎo)主通道當回擊傳播過程中便不斷中和掉貯存在先導(dǎo)主通道和分枝中的負電荷。不僅具有電暈放電，還具有強的正流光，它與向下先導(dǎo)會合，其會合點稱連接點，有時稱之“連接先導(dǎo)”的向上流光，又若其在向下先導(dǎo)高度約為放電距離一半。箭箭式先導(dǎo)導(dǎo)的傳播速度大于梯式先導(dǎo)的式通道直徑的變化范圍亦為面附近時，又產(chǎn)生向上發(fā)展的流光由地面與其會合，隨即產(chǎn)生向上回擊，以一股明亮的光柱沿著箭式先導(dǎo)的路徑由地面高速馳向云中。由箭式先導(dǎo)到回擊這一完整的放電過程稱為第二PDF文件使用"pdfFactoryPro"試用版本創(chuàng)建www.finep而成片的亮區(qū)是回擊。由一次閃擊構(gòu)成的地閃稱為單閃擊地閃，由多次閃擊構(gòu)成的地閃稱為多閃擊地閃，如圖一般地說，由于雷暴云下部荷負電荷，因此在閃電前雷暴云底下的電場是負電場（電場下流入地中或是地面尖端放電的大量負離子所中和，或云中電量地閃的觀測表明，在閃電通道中，每一次放電過程都引起電場的突變增長，在這些突變之至少有一次放電的光輻射歷時較長，可以看到在整個混合型閃電期間，電場劇增，出現(xiàn)大幅度電場增長和連續(xù)電流增長。下面分別介紹這些放電過程，以及由此引起的電場變化特征。PDF文件使用"pdfFactoryPro"試用版本創(chuàng)建www.finep規(guī)則的脈動起伏，引起大氣電場的B變化的B過程，是云中荷電中心附近的云霧大氣中照相記錄照相記錄R1R2R3R4R5R6R7R81V/cm0電場變化記錄100時間（msec）電場記錄500圖7.15a分立型多閃擊地面照相、電場和電場改變記錄照相記錄照相記錄R3R4R5連續(xù)電流R變化C電場變化電場記錄K變化電場變化記錄100時間（msec）1V/cm0M分量M變化J變化R1R2500 表7.1地閃放電的典型值和最大最小值參數(shù)最小值代表值最大值PDF文件使用"pdfFactoryPro"試用版本創(chuàng)建www.finep初始擊穿持續(xù)時間(毫秒)100梯級先導(dǎo)梯級長度(米)3梯級間時間間隔(微秒)梯級先導(dǎo)傳播平均速度(米/秒)2.6x106梯級通道貯存電荷(C)3箭式(直竄)先導(dǎo)傳播速度(米/秒)2.0x1062.1x107箭式先導(dǎo)通道上累積電荷(庫侖)16傳播速度(m/s)2.0x1075.0x1072.0x1081峰值電流(kA)12不包括連續(xù)電流的電荷傳送(庫侖)2.5溫度(K)0.8x1042x1043.0x1041.0x10233.0x10233.0x1024通道長度(km)15連續(xù)電流峰值電流(安培)持續(xù)時間(毫秒)3每次閃電的閃擊數(shù)(次)1無連續(xù)電流時兩次閃擊之間的時間(毫30.012包括連續(xù)電流的電荷傳送1400J過程持續(xù)時間(ms)發(fā)展速度(米/秒)2x10530x105傳送電荷(C)2.4318K過程持續(xù)時間(ms)12.7150.011C過程持續(xù)時間(ms)M過程持續(xù)時間(ms)117F過程持續(xù)時間(ms)L(a)變化和L(β)變化。引起大氣電場L(a)變化的L(a)過程，是a梯式先導(dǎo)放電過程，具有PDF文件使用"pdfFactoryPro"試用版本創(chuàng)建www.finep大氣電場穩(wěn)定增長的特征，其持續(xù)時間較短，平均為50毫秒左右。引起大氣電場L(β)變化的L(β)過程是β梯式先導(dǎo)放電過程，具有大氣電場開始時增長緩慢而最后增長迅速的特在多閃擊地閃的閃擊間隙，往往出現(xiàn)大氣電場的J變特征，其持續(xù)量間一般為30-90毫秒左右持續(xù)電流，但無發(fā)光現(xiàn)象。大氣電場K變化的K過程，是為中和云中較大局部負荷電中心的正流光，是流光氣電場的F變化還可細分為F(a)變化和F(β)變化。F(a)變化具有大氣電場緩慢而平滑地變化到某個穩(wěn)定值的特征，而且往往具有某段時間內(nèi)大氣電場基本不變的特征，其持續(xù)時間較（2）負地閃：閃電電流為負（向上）的為負地閃；通常云底荷負電荷,地面為正電荷。PDF文件使用"pdfFactoryPro"試用版本創(chuàng)建www.finep100m100m相機攝取山脈頂?shù)囊粋€塔的向上閃擊。第一類地閃(圖7.18.1a,1b)：具有向下先導(dǎo)和向上回擊，云中負荷電中心與大地和地物間vvvvvvlrrlr第二類地閃(圖7.18,2a,2b)：具PDF文件使用"pdfFactoryPro"試用版本創(chuàng)建www.finep閃擊數(shù)閃擊數(shù)有隨后閃擊，稱之向上正先導(dǎo)多閃擊負地閃。心與大地和地物間放電過程具有正閃電電流，簡稱為向下正先導(dǎo)正地閃。若對于圖7.18,3a，向下正先導(dǎo)不著地，于是產(chǎn)生云空放電過程。類在山地區(qū)少見，在湖邊可見到。物間的放電過程，具有正閃電電流。后出現(xiàn)持續(xù)時間約幾百毫秒，持續(xù)電流為幾百安的放電過程，簡稱為向上負先導(dǎo)正地閃。160016001400120010008006004002000夏季40003000200010000冬季到早春負地閃正地閃時間（地方時）春季10000春季80006000400020000有一定閃擊數(shù)的地閃出現(xiàn)次數(shù)與地閃總數(shù)之比，用百分數(shù)表示。地閃閃電數(shù)有明顯的日變化和隨季節(jié)午的閃電數(shù)較少，最大值區(qū)向后移。PDF文件使用"pdfFactoryPro"試用版本創(chuàng)建www.finep累累積幾率%地閃持續(xù)時間取決于地閃閃擊數(shù)、地理條件和氣象因子。據(jù)大量觀測資料表明，地閃持累積幾率%1001004次閃擊805~12次閃擊60全部閃擊2次閃擊203次閃擊010020030040050060070080040044次閃擊5次閃擊801次閃擊2次閃擊3次閃擊1006~23次閃擊全部地閃20030040050010040206000地閃持續(xù)時間(ms)地閃持續(xù)時間(ms)圖7.20地閃持續(xù)時間與閃擊數(shù)關(guān)系為描述地閃的特性，必須引入一些電學(xué)參量。閃電的電學(xué)參參量主要有：每次閃電的回th程，也形成相應(yīng)的電流。先導(dǎo)電流是將云中荷電中心的電荷，輸送并貯存在先導(dǎo)通道中的持(1)先導(dǎo)電流包括梯式先導(dǎo)電流和箭式先導(dǎo)電流。梯式先導(dǎo)電流的平均電流強度一般為擊電流將貯存在先導(dǎo)通道中的電荷輸送到地面，并且形成閃電通道高溫、高壓和強電磁輻射等閃電物理效應(yīng)的主要過程。PDF文件使用"pdfFactoryPro"試用版本創(chuàng)建www.finep程不發(fā)光。通常，還因K過程而在J過程形地閃電流以脈沖回擊電流最強，其危害最大?；負綦娏魈卣餮?，回擊電流具有單峰形式的脈沖電流波形，電流波形的前沿十分陡峭，而電流波形的尾部變化則較為緩慢。描述回擊電流的波形的參量，主要有峰值電流、電流上升率、峰值時間擊電流上升到峰值電流所需時間，單位為微秒，半峰值時間是指回擊電流上升至峰值，然后又下降到峰值電流一半時所需時間。地閃電荷主要包括：先導(dǎo)電流輸送并貯存在先導(dǎo)通道中的電電荷，連續(xù)電流輸送到地面的電荷，以及后續(xù)電流輸送到地面的電荷等。通常，多閃擊地閃中，第一閃擊的閃擊電荷比隨后閃擊的相應(yīng)值大好幾倍，而正閃擊的閃擊電荷又比負閃擊的地閃矩即為地閃前、后積雨云的電矩變化，它由云中荷電中心將被輸送到地面的電荷及Mg=2QgH(7.1)式中Mg為地閃矩，Qg為地閃時輸送到地面的電荷，H是該電荷離地面的高度。地閃矩主要包括：先導(dǎo)電流將云中電荷輸送并貯存在先導(dǎo)通擊電流將電荷輸送到大地所形成的電矩，連續(xù)電流將云中電荷輸送到大地所形成的電矩，以及后續(xù)電流將云中電荷輸送至大地所形成的電矩等。地閃功率是指回擊所產(chǎn)生的峰值功率，它取決于回擊峰值電流Imax和閃電通道上端與大P=ImaxV(7.2)PDF文件使用"pdfFactoryPro"試用版本創(chuàng)建www.finepW=QgV(7.3)為第三節(jié)閃電的初始擊穿閃電最初電場的變化時間各不相同，可以從幾毫秒到幾百毫秒，其典型值為幾十毫秒，Clarence和Malan（1957）在南非報告第一閃擊前電場變化可以持續(xù)到200毫秒，Kitagawa表7.2給出了閃電初始擊穿的時間。表7.2初始擊穿變化的時間最長時間(msec)最短時間(msec)平均時間(msec)標準偏差(msec)(msec)最大概率48448400000026224005544276云霧大氣初始擊穿的位置的確定可以有下面三種方法1）由單站測量作為與不同閃擊的距離函數(shù)的各種初始擊穿電場變化2）由8個地面站同時測量的初始擊穿電場的變化；（3）確定云內(nèi)產(chǎn)生的甚高頻（VHF）輻射源的位置。有關(guān)閃電的初始特征的研究工作有：PDF文件使用"pdfFactoryPro"試用版本創(chuàng)建www.finep(a)J始擊穿位置在離地約RI、L分別是初始擊穿、中間階段、梯級的R圖7.21閃電初始電場變化(取自Clarence和Malan)圖7.21閃電初始電場變化(取自Clarence和Malan)應(yīng)晴空大氣溫度為-100~-200C，因此與低的大氣正電荷中心無聯(lián)系。始于地面之上3到5km之間（氣溫-5許多研究表明，在初始擊穿結(jié)束或梯級先導(dǎo)開始之際的一系列相對大的雙極脈沖，這些脈沖可認為是β先導(dǎo)的開始。Wei的若干脈沖組成的特征序列。關(guān)于閃電的初始擊穿的詳細物理過程尚不清楚，對此有很多解釋。如何說明在周圍電場PDF文件使用"pdfFactoryPro"試用版本創(chuàng)建www.finep電場電場(V/m)時間(秒)0408012016020002040602042040816243240微秒(μs)0040801201602000.520200.4440.30.2204200.140.00816243240微秒(μs)圖7.22初始擊穿結(jié)束或梯先導(dǎo)開始時30-50km距離處閃是放電發(fā)出的大雙極化電場第四節(jié)梯式先導(dǎo)在上面已對梯式先導(dǎo)的特點作了一些描述，下面將對梯先導(dǎo)作進一步的說明。將梯式先導(dǎo)分成a型梯式先導(dǎo)和β型梯式先導(dǎo)兩類，它們的特點有：a型梯式先導(dǎo)的單個梯級的長度較短，亮度較暗淡，也比較穩(wěn)定。（2）β型梯式先導(dǎo)：β型梯式先導(dǎo)的平均傳播速度較高，開始可達8x107cm.s一1到2.4x108cm.s一1左右，然后逐漸下降，至接近地面時，其傳播速度與a型梯式先導(dǎo)的傳播速度相近。β型梯式先導(dǎo)的上部有豐富的分枝，單個梯級的長度較長，也較為明亮；但在發(fā)展過速度x105m/secC型先導(dǎo)數(shù)0.8—2.02.0—3.093.0—4.04.0—5.045.0—6.0316.0—7.02121322PDF文件使用"pdfFactoryPro"試用版本創(chuàng)建www.finep21120.0—21.0123.0—24.0125.0—26.01(A)(B)(C)(D)E(V/m)E(V/m)30820R4004008030L208040080R844008030L20R400160μsec2404832064L320643206424048240483204001603216032160328080800000004002404080RRRRLLLLLLL80(取自Krideretal,1977)12在它的某些點處表現(xiàn)不連續(xù)的速度。β11型先導(dǎo)不連續(xù)點之后，實際上就演變成具有很少分枝的a先導(dǎo)，呈現(xiàn)弱的點處表現(xiàn)有連續(xù)移動的或箭式先導(dǎo)快速Schonland（1956）測量得出a型梯然，短的梯級步長出現(xiàn)于接近地面。離地遠的平均時間為50μsec梯級步長，減小為13μsec。最近工作(Krider和Rada,1975;Cooray和Lundquist,1982,1985)研究表明,由梯式先導(dǎo)產(chǎn)生的電場脈沖平均值15μsec,范圍約為5~20μ（40μsec/div）和快（8μsec/div）兩種方式顯示。當先導(dǎo)接近地面時，電場增強而形成擊穿，這時所對應(yīng)的放電距離可以由棒與棒之間實但是實際閃電的放電距離要長得多。PDF文件使用"pdfFactoryPro"試用版本創(chuàng)建www.finep電場變化電場變化0.100.080.060.04H/D=0.70.020.901.31.5-1.31.5-0.06-0.08-0.01.00.80.0HB/H圖7.24荷電高度H負先導(dǎo)的電場變化表7.4梯式先導(dǎo)電場變化時間的梯式先導(dǎo)在幾百毫秒時間內(nèi)產(chǎn)生約當先導(dǎo)有分枝且一起到達地面，使得電場脈沖時間比只有一支先導(dǎo)梯級時間要沖特點，可看到梯先導(dǎo)最后一脈沖通常與回擊峰值相關(guān)。梯級與電場脈沖相聯(lián)大的雙極有很大的不同，它發(fā)生于梯距離范圍持續(xù)時間(msec)0-240-39-12~34040-1000-20525-55020-40ClarenceandMalan(1057)0-806442 0-15820-30KitagawaandBrook(1960) 0-10Beasleyetal.(1982)6-400-20~42.8~36 6-20距離類別距離類別R-S3ms近距離-1.1<R<-0.40<D<4KM近中距離-0.6<R<-0.21<D<5KM遠中距離-0.2<R<+0.24<D<8KM遠距離7<D<50KM0.0<R<+1.5%先導(dǎo)時間050100間，大的雙極化脈沖、梯導(dǎo)脈沖、和回擊電場的改變隨負電荷向下移動時都有同樣的初始極性。梯級先導(dǎo)遠距離測量得平均的梯式先導(dǎo)梯式先導(dǎo)電場是毫秒尺度，它的持PDF文件使用"pdfFactoryPro"試用版本創(chuàng)建www.finep電場變化，V/M電場變化，V/M在3KM處梯級先導(dǎo)與回擊先導(dǎo)電場改變之比導(dǎo)的理論，Thomson計算了梯級先導(dǎo)的電場和垂直一維、傾斜通道和三維荷電分布+1500+1000+50002020距離,-2000符號風暴-4000符號風暴7678212B-8000-10000/近-12000/近近中距離遠中距離 近中距離遠中距離距離-38000-40000-42000圖7.26先導(dǎo)電場變化是距離的函數(shù)+3.0+3.0+2.5+2.0+1.5H=5km+1.00.020-50-0.5-1.0-1.5-2.0/-2.5-3.0212B距離（km）事件0102030767720符號風暴+0.55圖7.27梯級先導(dǎo)與回擊電場變化比PDF文件使用"pdfFactoryPro"試用版本創(chuàng)建www.finep閃擊距離（閃擊距離（m）HB為梯級先導(dǎo)頂端離地面的高度，D是離場出現(xiàn)的變化為正，而當H/D>0.9、HB/H值小時，H/D越大，電場的負變化越大。先導(dǎo)頂端越接觸地面時是正變化,它與由模式得出的圖7.24所表示的電場變化是很一致的。圖7.26為Florida9個風暴80個梯式先導(dǎo)圖7.27為觀測到的先導(dǎo)與回擊電場變化之比相對距離的關(guān)系，圖中實線是由高度為5改變小于回擊電場的改變。當梯式先導(dǎo)接近如象地球上的土敦、樹木、輸電塔或飛行中的飛機等時，由梯先導(dǎo)荷電產(chǎn)生的電場會加強這些放電目標物的電場，雖然這些目標物放電現(xiàn)象尚沒有很好的解釋，但是已對此作相當多的理論分析和討論，特別是閃擊輸電線，連接過程對于設(shè)計地面的金屬閃閃擊目標間的距離，就是與目標物直接連的距離。通常這一點已確定，假定梯先導(dǎo)通道的荷電分布，計算了地面的或近目標物的合成電場。當某個點的電場超過由4003002001000020406080100120電流（kA）實驗室確定的臨界擊穿值，假定先導(dǎo)在閃擊距離處的情況下，各研究者由理論和閃電照片觀測得到閃擊距離與電流的關(guān)系，對于輸電線的防護需要更加實際的值，I=10.6Q0.7（7.5）式相對于總電荷的峰值電流的典型值為25kA，結(jié)合電荷與擊穿電場的關(guān)系可用峰值電PDF文件使用"pdfFactoryPro"試用版本創(chuàng)建www.finep地，這些所測量的塔上電流在幾微秒內(nèi)向上升到幾公里高度處，在隨后幾微秒中達到十幾公攝取的照片，圖中通道是環(huán)形或分裂的，有一個向上和向下先導(dǎo)的接點，往往是向上傳播的先導(dǎo)分枝位于分支點之下，而向下先導(dǎo)位于分支點之上。許多地閃照片顯示了通道接近地面時有環(huán)形和通道方向發(fā)生改變。在環(huán)形之下，通道是直的。確定閃擊距離這種類型照片的分如前所述閃電的回擊是云與大地間的最重要的放電過程，此時出現(xiàn)強的電磁場突變，發(fā)云云先導(dǎo)閃擊弧光核心電暈邊界電暈邊界回擊頂傳播方向擴展速度側(cè)向放電回擊弧光核心地面流光區(qū)向上回擊放電的模型,圖中電暈區(qū)內(nèi)充滿部分為沿著先導(dǎo)形成的閃擊弧光核心向上回擊的垂直電場水平電場的變化時間間隔是以毫秒級或次毫秒,圖7.31和圖7.32給出了第一閃擊和隨后閃擊的電磁場PDF文件使用"pdfFactoryPro"試用版本創(chuàng)建www.finep閃擊的電場改變。從圖中看到，幾十微秒以后，在幾公里范圍內(nèi)的閃擊電場，是閃擊電流之后停止后，以總電場的靜電場分量為主，在同一時間，閉合磁場是以總磁場的靜磁場為主，值電場、零交點時間、從零交點上升到峰值時間等。Masteretal(1984)McDonaldetal(1979)McDonaldetal(1979)Tilleretal(1976)4.84.0零交點時間(μsec)8從零上升到峰值時間(μsec)Masteretal(1984)Tilleretal(1976)4.02.0Masteretal(1984)2.6慢鋒持續(xù)時間Masteretal(1984)2.0慢鋒,振幅為峰值的百分數(shù)Masteretal(1984)Masteretal(1984)PDF文件使用"pdfFactoryPro"試用版本創(chuàng)建www.finep170170μsWb/m2D=1.0km斜升半值Wb/m2D=2.0km斜升初始峰值Wb/m2150170開始上升時間開始上升時間初始峰值D=2.0km凸起100100505000μsD=5.0kmμsD=5.0km圖7.31近距離處第一閃擊(實線)和隨后閃擊(右)的垂直電場(左)和水平磁場(右)50V/50V/mWb/m2半值斜升Wb/m2Wb/m2D=50km2V/m100150050170050μsμs開始上升時間20V/m初始峰值Wb/m2D=50km5V/m零交點零交點170μs凸起100D=200kmD=200km圖7.32遠距離處第一閃擊(實線)和隨后閃擊(右)的垂直電場(左)和水平磁場(右)PDF文件使用"pdfFactoryPro"試用版本創(chuàng)建www.finep伏伏/米(V/m)值表明觀測電場儀的觸發(fā)閾值電平太高，對于小的閃擊電場值就觀測不到。Peckhametal第一閃擊第一閃擊(N=112)平均=6.2SD=3.45002468101214161820E(V/m)4035302520500隨后閃擊(N=237)平均=3.8SD=2.22468101214161820E(V/m)和初始峰值后的精細結(jié)構(gòu)，圖中看到回擊前的梯級先導(dǎo)脈沖，第一回擊電場具--20-15-10-505aR5F隨后閃擊abcaRa5隨后閃擊(具有箭式梯級先導(dǎo)）5FaRcRFbcRRFF0Lbaaaa-60-40-20020406080微秒(μs)標準偏差為40nsec。從圖中看到，對于隨后閃擊具有類似第一閃擊的快速突變，躍變時間較地閃電流以脈沖回擊電流最強，其危害最大?；負綦娏魈卣餮?，回擊電流具有單峰形式的脈沖電流波形，電流波形的前沿十分陡峭，而電流波形的尾部變化則較為緩慢。描述回擊電流的波形的參量，主要有峰值電流、電流上升率、峰值時間PDF文件使用"pdfFactoryPro"試用版本創(chuàng)建www.finep%%9995805020511010kA下面根據(jù)地閃的類型對閃電流作一分類閃電在開始時有幾十千安的脈沖電流，并接著出現(xiàn)大量放電，其中有些放電的連至十分之幾秒。常見負地閃回擊中，其峰值電流的典型值為2x104A左右，變化范圍為2x1032x105A左右；電流上升的典型.μs化率，并稱為平均電流上升率。峰值時間是指回擊電流上升到峰值電流所需時間，單位為微秒，半峰值時間是指回擊電流上升至峰值，然后又下降到峰值電流一半時所需時間。第一閃擊、負隨后閃擊和正閃擊電流的峰值電μsB081624320816243240480.0AB0.8160240320400μsA第一閃擊μsB162432400.00.2A20100μsA4801204840608080B8000隨后閃擊圖7.36平均負閃回擊電流(振幅歸一化)(取自Bergeretal1975)超過表中個例數(shù)的百分數(shù)峰值電流kAkA4.6PDF文件使用"pdfFactoryPro"試用版本創(chuàng)建www.finep正第一閃擊kA4.6荷電量CCC正第一閃擊C脈沖電荷C4.5C0.220.954.0正第一閃擊C2.0頂端持續(xù)時間μsecμsec0.224.5正第一閃擊μsec最大di/dtkA/μseckA/μsec正第一閃擊kA/μsec0.202.4μsecμsec正第一閃擊μsec2000(i2dt)345234正第一閃擊437兩負閃擊之間7負閃擊（含單次閃擊）負閃擊（不含單次閃擊）正閃擊（僅單次閃擊）回擊起始于連接點，其特征是向下先導(dǎo)和向上連接先導(dǎo)中的電流劇增，閃電通道可看成和i=和 =dtLdtQ=Q0e-atPDF文件使用"pdfFactoryPro"試用版本創(chuàng)建www.finep回擊數(shù)回擊數(shù)由于回擊流光波峰具有隨高度而變的形狀，因此顯然不能將不同高度的的回擊看出是同25樣的流光。最早測量回擊速度的是20第一閃擊的速度大約為1根108m/較近的工作有Idone和Orville10次隨后閃擊得到回擊的速度分布如57m/sec8m/sec，第一26回擊1度107m/s2226閃擊和隨后閃擊的速度隨高度減小。由于回擊速度和峰值電流與先導(dǎo)通道內(nèi)單位長度的荷電量和先導(dǎo)通道內(nèi)由荷電引起的電勢有關(guān)，由實驗得出回擊速度和峰值電流的關(guān)系為PDF文件使用"pdfFactoryPro"試用版本創(chuàng)建www.finep電子密度，m3363228242084001020304050時間(μs）如果通道溫度和電子密度作為它特性可以求出，當通道溫度為壓力超過周圍空氣時，其要向外擴3、回擊溫度和半徑隨時間的變化能量輸送方程2）動量傳輸方程，計算了通道沒有能量輸入時的冷卻心溫度為通道半徑的函數(shù)。101020304050時間(μs）9876543210通道半徑通道半徑8cm4cm2cm1cm0102030405060708090100時間(μs）第七節(jié)箭（直竄）式先導(dǎo)在地閃中第一次閃擊之后的回擊是由箭式先導(dǎo)開始的，箭式先導(dǎo)將電荷貯存于前一次的閃擊電流留有電荷的通道內(nèi)，為隨后閃擊提供相對于地球的更高的電勢，如果前一第一次閃擊，包含有一支或更多支。箭式先導(dǎo)名稱的由來是由于照片表現(xiàn)為發(fā)光的部分。PDF文件使用"pdfFactoryPro"試用版本創(chuàng)建www.finep864202263422634傳播速度（10m/s）意味測量與記錄光的譜帶有關(guān)。在某些情況下，測量到的箭式先導(dǎo)長度與膠片特性的作用有關(guān)。在大多數(shù)情況下，Orville和Idone（1982）發(fā)現(xiàn)在通道（下端）低的部發(fā)閃電研究發(fā)現(xiàn)，箭先導(dǎo)的長度平均為箭式先導(dǎo)的長度是由箭先導(dǎo)通道小段內(nèi)先導(dǎo)波開始反轉(zhuǎn)后發(fā)光的時間和波的速這一觀測的解釋是強先導(dǎo)不僅快而且對通道有強烈加熱，從而導(dǎo)致慢的消亡通道。通道內(nèi)發(fā)Schonland（1938）提出箭先導(dǎo)發(fā)光出現(xiàn)于原子激發(fā)態(tài)壽命量級對發(fā)光貢獻的時間。Orvill度出現(xiàn)次數(shù)的直方圖，可以看到速度范圍的低端為1~3根106m/sec，速度大一端的范圍表7.7對于不同研究者的箭式先導(dǎo)的平均速度樣品數(shù)平均速度(106m/sec)Schonandetal(1935)Orville和Idone(1982)PDF文件使用"pdfFactoryPro"試用版本創(chuàng)建www.finep直竄式先導(dǎo)速度（直竄式先導(dǎo)速度（m/sec根10-6）相聯(lián)系，而低的箭式先導(dǎo)速度與前一次閃擊間的長時間間隔相聯(lián)系。還可看到，較長的閃擊25252050020406080100120閃擊時間間隔（mse）時間間隔的隨后閃擊流光更強烈。箭式先導(dǎo)傳播速度與隨后的回擊電流存在正相關(guān)。與閃擊之間的時間間隔的關(guān)系如上所述的相同。Schonandetal(1935)發(fā)現(xiàn)箭式Orville和Idone（1982）個樣本中有4個是在朝向地面?zhèn)鞑ケ?.8箭式先導(dǎo)和隨后閃擊的特性箭式先導(dǎo)數(shù)與前一閃擊的平均時間速度平均速度平均強度550.07~0.480.0446660.3~0.80.462.2電流1）取箭式先導(dǎo)與回擊電流的比與箭式先導(dǎo)與回擊速度的比相等，這就是假定在每一過程的單位長度荷同樣的電荷的模簡單式，其中速度比和回擊電流是可測的，則就可求出箭表7.9箭式先導(dǎo)與其多閃擊的第二閃擊的平均速度、平均長度、平均時間間隔速度箭式先導(dǎo)步長度666625.06X7625.0PDF文件使用"pdfFactoryPro"試用版本創(chuàng)建www.finep917km2088km2303736km3747km3758km圖7.43在多次閃擊中先導(dǎo)與回擊的電場變化場變化如圖7.43所示，圖中左第一列是梯先導(dǎo)和第一回擊,之后是箭先導(dǎo)和回次閃擊和第一次箭式先導(dǎo)則開始具有負極性的鉤狀由于隨后的先導(dǎo)起源于云發(fā)現(xiàn)具有垂直放電的隨后自點電荷的均勻垂直通道的發(fā)展，多站測量表明，由于云內(nèi)回擊荷由箭先導(dǎo)電場變化的測量或先導(dǎo)-回擊電場變化可以利用理論模式確定先導(dǎo)通道底端第八節(jié)連續(xù)電流動，此時通道底的回擊電流迅速增加到一峰值，然后減小到為它的十分之一，就是在回擊的擊中，Kitagawa等（1962）進一步把連續(xù)電流分成兩類1）一是時間持續(xù)PDF文件使用"pdfFactoryPro"試用版本創(chuàng)建www.finep電場變化電場變化(kV/M)續(xù)電流的負電閃過程，圖中用兩次時間刻度表示四次地閃的電場，右圖是以較高時間分辨率顯示由于連續(xù)電流引起的電場變化。由單站觀測表明，在多數(shù)情況下，含有連續(xù)電流的閃電在穩(wěn)定緩慢變化的電場之后有一個更為迅速變化的回擊電場改變。在負地閃中的連續(xù)電流的重要特征是1）多數(shù)閃電包含有一個短過程和或長過程2）大約有50%的閃電包含有一長過程連續(xù)電流分量,并且這些閃電輸送到達地面的電荷是沒有長過程連續(xù)電流的兩倍。在實際中，閃電連續(xù)電流對目標物閃擊的效應(yīng)是潛在的嚴重的加熱下面僅對向下負地閃進行一些分析。000.61.21.82.43.000.61.21.82.43.000.61.21.82.43.000.61.21.82.43.000.20.40.60.81.005010015020000.61.21.82.43.000.61.21.82.43.07-9-75222000GMT7-9-75221553GMT7-9-75212841GMT7-9-75220957GMT0246802468秒(S)秒(S)四次閃電場化及其連續(xù)電流不同研究者對在多次閃電最后一次閃擊出現(xiàn)連續(xù)電流的幾率較為一致，Kitagawaetal（1962）在新墨西哥洲觀測發(fā)現(xiàn)，約有一半的長連續(xù)電流過程發(fā)生于多次閃擊最后之后。Malan（1954）報告示在南非連續(xù)電流基本發(fā)生于PDF文件使用"pdfFactoryPro"試用版本創(chuàng)建www.finep連續(xù)電流值能通過直接測量塔頂?shù)拈W擊和遠距離測量閃擊電磁場確定。Krehbieletal（1979）假定閃電通道是垂直的，應(yīng)用由模式確定的距離和荷電中心高度，由電場測量確定的多次閃擊閃電出現(xiàn)水平通道的長度達幾公里。這在計算荷電與電流時必須考慮的。Brooketal（1962）和Kit范圍38和130A之間。資料表明長的連續(xù)電流與電流持續(xù)時間播到達通道分支時分支通道與地面間的發(fā)光相混淆。加，其與電場的變化有關(guān)。RC電場變化可能與中等或短時的連續(xù)電流相聯(lián)系。Malan和的鉤形、M分量場起始于負電場變化，并且隨后沒有強的正電場變化脈沖，凈電場變化通常續(xù)電流兩者期間，對于遠距離隨通道亮度增加，閃擊電場沒有方向的改變。他還提出，在回M圖7.45與M分量有關(guān)的通道閃光的電場變化PDF文件使用"pdfFactoryPro"試用版本創(chuàng)建www.finep沒有本質(zhì)的不同。Brooketal（1962）的觀測表明回擊中通過其后的連續(xù)電流輸送通過較先前回擊要小的幅度和上升時間較慢的電場突變的開始的。通道不發(fā)光，與沒有長連續(xù)電流閃擊之間的時間間隔是可比較的。對于沒有長連續(xù)電流但是后閃擊沿同一通道發(fā)生。也就是如另一個閃擊發(fā)生，有新梯級先導(dǎo)沿新通道發(fā)展。聯(lián)系的，不會對連續(xù)電流發(fā)展提供一個荷電源，與其是在云中兩個過程同時獨立發(fā)生對于連續(xù)電流的反饋過程是直接通過回擊開始的。測證據(jù)。在這種情況下，當在近處地面放電觀測回擊電場Rc變化顯示迅速恢復(fù)有達到通道較低部，即是在大氣低層通道中斷，而電流仍流至通道頂端。微秒量級電場測量得出，回擊在毫秒分之幾十改變先導(dǎo)的荷電量。第九節(jié)地閃中的J和K過程數(shù)見表。J變化可以是正的或是負的，通常較由于連續(xù)電PDF文件使用"pdfFactoryPro"試用版本創(chuàng)建www.finep一般出現(xiàn)在中距離范圍處。5.0km6.4km8.0km10.6km12.0km14.0km為閃擊平均值的10%，連續(xù)電流平均電偶極距相當大距離處觀測到的某些正電場改變是可能間可能有流向地面的弱電流，這些電流產(chǎn)生的通道發(fā)光對于在條紋照相機距離處的暗膠片不可以想象所有閃擊間歇期間低的電流流向地面，這些電流不足以使膠片感光，例如在未放電的負荷電中心到先前回擊頂傳播，他歸因于與不同閃擊相聯(lián)的Y形各上部分支的Y形放電通道，云中負電荷中心因水平移動而分裂，每一荷電區(qū)以共同的通道流向大地，了先前的這一看法，他根據(jù)單站J過程極性變化的電場測量認為場測量，各種照片、電視和雷源的位置測量等多和手段測量表明，在云內(nèi)地面放電通道更趨閃中的K變化。PDF文件使用"pdfFactoryPro"試用版本創(chuàng)建www.finep相聯(lián)的梯級是對與云放電的最后階段相聯(lián)系的整個電場變化的主要貢獻。還不清楚的為什么當慢傳播放電還沒有開始，反沖過程產(chǎn)生一個電場變化Rustanetal（1980）測量了肯尼迪空間中心的一個天氣塔的三VHF時間到達法位置誤差的可能性，并從對同一閃電的多站電場測量提出，閃擊間的加趨向于水平。雷暴云的荷電結(jié)構(gòu)為下部荷負電荷，離地面近，與大地間的放電相對容易，所以在地閃中負地閃的閃電次數(shù)多；而云中正的荷電中心離地面遠，相對負地閃而言，對地放電要困難些，所以正地閃出現(xiàn)的次數(shù)少。由于云中的正、負荷電量是基本相等的，所以正地閃必須比負地閃輸送更多的電量，正地閃產(chǎn)生的電流明顯大于負地閃。觀測記錄到正地閃的電Bruce和Golde（1941）從測量閃電電磁場的電流記錄中的18%是由于正地閃引起的。輸電線的高度與向下正地閃所具有的百分數(shù)相關(guān)，續(xù)時間表明這些閃電是云中正電荷區(qū)開始的向下正地閃，進一步觀測表明向下正地閃大多發(fā)生在較大的風暴階段。此時云中正電荷區(qū)的位移，相對于地表面為較小的負電荷區(qū)屏蔽。的。正閃電發(fā)生于負電閃之后的雷暴結(jié)束時間，云內(nèi)放電經(jīng)常也發(fā)生于雷暴最后時期。正放電照片和觀測有長的水平分量通過晴空區(qū)。PDF文件使用"pdfFactoryPro"試用版本創(chuàng)建www.finep一般來自于云的高部位，與降水的中心處（一般是負地閃）無關(guān)系。多數(shù)正地閃是單次閃擊閃電。大約一半的正地閃有指示連續(xù)電流的電場。單個正閃擊msec尺度的電場波和正地閃電場特性場變化與一般的負地閃相似，事實上僅是正回擊電場變化觀測到。慢電場變化可解釋為是由8m/sec速度向上傳播和開始產(chǎn)生電場訊號，此時回擊發(fā)光是在通道底附近時，則在電訊號之后光信號應(yīng)有幾微秒時間。可以看到正閃擊平均峰值歸一化（對于100km）電場約為負閃擊電場的兩倍，正閃擊零到峰值電場上升時間和慢鋒持續(xù)時間為負閃擊的兩倍。另一方面，對于任一極性閃擊的慢鋒初始標準偏差閃擊前電場的變化(msec)aL(a)a840-800與梯先導(dǎo)相關(guān)的電場變化連續(xù)電流后的正地閃部分Beasleyetal.(1983)3與連續(xù)電流相關(guān)的電場變化時間(msec)PDF文件使用"pdfFactoryPro"試用版本創(chuàng)建www.finep由于回擊引起總電場變化0.01-0.54正地閃持續(xù)時間(msec)22ms8V/m32V/m2ms8V/m8V/m圖7.47正地閃回擊的電場和光變化標準偏差對100km(V/m)標準化初始峰值Beasleyetal.(1983)冬夏-622.34.543 9慢鋒振幅為峰值的百分數(shù)PDF文件使用"pdfFactoryPro"試用版本創(chuàng)建www.finep歸一化電流歸一化電流正地閃的電流和電荷輸送可以測量塔頂?shù)碾娏髦苯哟_定和分析測量的電場間接確定。首0.40.00160320480640800時間(μsec）22微秒，電流最大上升率的中值為在上升到峰值電流的最大變化速率與向上先導(dǎo)的長度成反相關(guān)。在峰值電流之后，正電流則緩和慢遞減，在表7.6中看出1）正地閃的平均持續(xù)時間大約是單次負閃擊的7倍2）對于正地閃的(個閃擊的3倍大4）正地閃的平均總的閃電電荷是負單個閃擊的一個數(shù)量級以上。正地閃第十一節(jié)人工觸發(fā)閃電PDF文件使用"pdfFactoryPro"試用版本創(chuàng)建www.finep（（abc）的高度；日本采用約20cm長的火箭，用細鋼絲相聯(lián)，用火箭射出一個飛船的救援線圈。上升火箭相聯(lián)結(jié)。一個向上先導(dǎo)從火箭頂向云中傳播。先導(dǎo)到達云以后，放電電流通過線圈向上先導(dǎo)向上先導(dǎo)火箭火箭母火箭電流測量裝置尼龍線線圈管向下先導(dǎo)子火箭線圈管線圈管圖7.49火箭觸發(fā)閃電的三種方式向下的先導(dǎo)從導(dǎo)體線圈的下端向輸電塔或大地傳播；同時向上先導(dǎo)出現(xiàn)在小火箭頂端。當向下先導(dǎo)接近地面的試驗物體或安裝在塔頂?shù)膶?dǎo)電體時，向上先導(dǎo)從這些物體上開始，兩先導(dǎo)法，在天空中的母火箭發(fā)射一用導(dǎo)體線圈相接的女兒火箭，小火箭帶有測量通過地面電子地面電子z型通道F:4mCO2激光器半鏡F:5mF:4m地面電子半鏡圖7.50激光觸發(fā)通常利用高功率的態(tài)氣體進行試驗，實際中激發(fā)態(tài)氣體的激光輻射紫外線具有電離氣體的功能。如果激光指向云，由激光器激發(fā)的帶電粒子沿激光射線去觸發(fā)來自云激光是指向塔頂，則可使塔頂生成一PDF文件使用"pdfFactoryPro"試用版本創(chuàng)建www.finep高度(高度(km)當上升火箭頭部的電場加強，如果頭部尖頂處的電場超過空氣的擊穿電壓時，出現(xiàn)電暈并且有向上先導(dǎo)發(fā)展。因此閃電的觸發(fā)決定于雷暴云下近地面的電場強由地面地電場強度確定。圖7.51給出了日本冬季40030020010000510152025電場強度（kv/m）圖7.51地面電場強度與火箭高度間的關(guān)系電場被由植物尖端電暈放電產(chǎn)生的稠密空間電必須是火箭剛通過這一稠密的空間電荷層。達到幾毫安時，向上先導(dǎo)開始由火箭的尖頂向上發(fā)展。先導(dǎo)的特征取決于云的荷電極表示了觸發(fā)閃電的峰值電流分布。累積分布(%)999995908070605040302050051015202530峰值電流(kA)I(kA)1E+02I(kA)64321E+016閾值4152050809599%圖7.52觸發(fā)峰值電流分布(a)日本,(b)弗羅里達對于人工觸發(fā)閃電的位置和時間是固傳播速度比自然閃電更容易測量，負回擊7和（3）電流和電荷量：試驗表明，觸發(fā)閃電的平均峰值電流表7.12人工觸發(fā)閃電的峰值電流和電量 雙極性95017.6PDF文件使用"pdfFactoryPro"試用版本創(chuàng)建www.finep-10kVm-1時，這對閃電的發(fā)生十分有利，發(fā)射一與卷軸上細銅雷暴云自然通道自然通道~107m/s幾十ms~108m/s~105m/s導(dǎo)線軌跡通道幾百ms~300米銅導(dǎo)線1~2s火箭升空向上正先導(dǎo)初始連續(xù)電流無電流間歇向下負先導(dǎo)向上回擊圖7.53經(jīng)典人工觸發(fā)閃電的第一閃擊處電場加強到足以觸發(fā)和發(fā)展向上正先導(dǎo)，通常這一先導(dǎo)持續(xù)幾百毫秒，向云傳播和開始產(chǎn)生一連續(xù)電流，在初始連續(xù)電流停止后順序發(fā)生向下先導(dǎo)和向上回擊。對于正先導(dǎo)的特性可正先導(dǎo)路徑導(dǎo)線路徑通道圖7.54一次經(jīng)典人工觸發(fā)閃電的照片PDF文件使用"pdfFactoryPro"試用版本創(chuàng)建www.finep從它的兩端開始發(fā)展，這時一個正先導(dǎo)從觸發(fā)導(dǎo)線的頂點或火箭的尖端開始向云傳播。在幾毫秒后，從觸發(fā)導(dǎo)線的底端開始有一向地面的負先導(dǎo)，它通過一個來自地面導(dǎo)線的向上正的10m/s 10m/s~105m/s~150m400m50m銅導(dǎo)線合成纖維覽線銅導(dǎo)線/s1.2km1.2km火箭升空向上正先導(dǎo)雙向先導(dǎo)向上回擊向上正先導(dǎo)圖7.55人工觸發(fā)閃電的第一閃擊過程量通過與火箭發(fā)射相距55米的感應(yīng)器作出。相應(yīng)圖7.56a的負片，可得負先導(dǎo)步長約為3~5米，平均每步時間為2圖7.56空中觸發(fā)閃電的照片(b)PDF文件使用"pdfFactoryPro"試用版本創(chuàng)建www.finep第十二節(jié)地閃形成機制地閃過程與長火花放電過程十分相似，而長火花放電的實驗研究表明，放電過程的基本若氣體中的電子在強電場的作用下，它由負電極向正極高速運動，電子在高速運動過程中與中性分子碰撞而產(chǎn)生電離，形成正離子和電子。若電場足夠強，則一個電子在高速運動過程中因碰撞而產(chǎn)生若干對正離子和電子。這些新產(chǎn)生的電子又在強電場作用下形成高速運稱為電子雪崩過程。同時，氣體中的正離子也會在強電場的作用下由正極向負極運動，碰撞電離使正離子形成雪崩式快速增長，稱之為正離子雪崩過程。電子在強電場作有下不僅會形成電子雪崩過程，同時雪崩過程中使原子從低能態(tài)躍遷到高能態(tài)，從而形成激發(fā)態(tài)原子，輻射出高能光子，當這些光子具有的能量大于氣體分子的電離能時，氣體分子在這些光子的作用下產(chǎn)生光電離，形成大量的正離子和電子，這些新電子稱之為負流光，其速度比電子雪崩大一個數(shù)量級。從正極向負極發(fā)展的流光稱正流光。積雨云中的強電場區(qū)相對于00C層的位置確定了云中放電位置。如果云中的圖7.57降水粒子類型(a)雪晶碎片(b)有邊的雪晶(c)霰(d)冰雹剖面(e)雨滴(f)小冰丸云中大水滴產(chǎn)生畸變并導(dǎo)致電暈放PDF文件使用"pdfFactoryPro"試用版本創(chuàng)建www.finep先導(dǎo)中從電子雪崩轉(zhuǎn)化為電弧狀先導(dǎo)中從電子雪崩轉(zhuǎn)化為電弧狀態(tài)時包括下面物理過程1）先導(dǎo)頂端的電離，即產(chǎn)生新電子和正離子；電子向后收縮3）新產(chǎn)生的電子附著在氣體分子上，形成負離子4）負陣面后的收縮空間中，電子和正離子復(fù)合5）電子和離子向外徑向擴散6）電子、離子和中性氣體分子間的能量傳遞7）電子導(dǎo)電至電弧電離通道內(nèi)電子和離子向外擴散式中p是電離通道的擴展半徑，DEc=3875r1/2(7.10)在梯級先導(dǎo)形成之前有一看不是引路先導(dǎo)。當引路先導(dǎo)向下傳播時，由于引路先導(dǎo)的電場隨距離減弱聚集了大量正電荷，使梯式先導(dǎo)通道的頂端處的電場大為減弱，局部甚至出現(xiàn)反向電場，這時引路先導(dǎo)便停止發(fā)展，而梯級先導(dǎo)局部電子會退縮回梯式先導(dǎo)的正電荷區(qū)，產(chǎn)合，形成很強的光電離這時出現(xiàn)由輝光向弧光條件突變。梯級先導(dǎo)負流光便以大約導(dǎo)先導(dǎo)，并向前發(fā)展一有限距離。隨之導(dǎo)致梯級先導(dǎo)再向前伸展一梯級。直至到地面附近。從而使梯式先導(dǎo)通道與大地相接。梯式先導(dǎo)的部分中止于大氣，形成梯式先導(dǎo)分枝。在梯式先導(dǎo)主通道和分枝中貯存了大量負電荷。電場強度電場強度光子產(chǎn)生的光電離電子雪崩t1t2t3電子流電流圖7.59梯式先導(dǎo)流光機制示意圖=λu是擴散系數(shù)，λ是離子或電子的自由程，u是離子或電子的平均速度，T是先導(dǎo)電弧PDF文件使用"pdfFactoryPro"試用版本創(chuàng)建www.finep電子電子流電流當充滿負電荷的梯式先導(dǎo)通道與向上連接先導(dǎo)相接的一瞬間，便出現(xiàn)明亮的回擊，從而完成了第一閃擊過程，回擊實為并在預(yù)先電離的梯式通道中發(fā)展，通道中的大量電子，在回擊頂端強電場作用下，高速到達回擊頂端，并形成電子雪崩。從而出現(xiàn)高達并發(fā)出耀眼的光亮?；負敉ǖ涝谙蛏习l(fā)展過程式中，不斷中和梯式先D=1.33cm2/s，ri2=4x1.33t。對于梯級先導(dǎo)的時間為t=50微米,則得2De=716λiDi=2866cm2/s，re2=4x2866t。對于梯級先導(dǎo)的時間為t=50微如閃電持續(xù)時間為0.5秒，則有2re=4.8毫米。2、回擊形成機制（圖7.60）電場強度電場強度光子產(chǎn)生的光電離電子雪崩t1t2t3電子流電流導(dǎo)主通道和分枝通道中的大量負電3、箭式先導(dǎo)的形成機制（圖電場強度光子產(chǎn)生的光電離電子雪崩t1t2t3圖7.61箭式先導(dǎo)流光形成機制示意圖箭式先導(dǎo)的形成機制與梯式是沿著前一次閃擊所形成的通道