狂风大作、雷雨交加的天气现象就是雷阵雨,它产生于积雨云中,雷阵雨的“阵”表示阵性,即降雨强度随时间波动很大或持续时间不长,同时因积雨云顶部与底部之间所带电荷正负极相反,因而伴有电闪雷鸣的大气放电现象。
雷阵雨发生时电闪雷鸣 来源:中国天气网
一般来说从地面到10公里左右大气温度随高度降低,但如果地面温度特别高,近地面的空气受热膨胀,密度减小。此时,密度较小的暖湿空气在下,密度较大的冷空气在上,大气处于“头重脚轻”的不稳定状态。就像水缸里的油和水一样,当密度较小的油处于水缸底部,而水处于上部时,一定会发生翻转,最终油会浮到水面上。因此,低层的暖湿空气在浮力作用下也会上升,即发生对流。
暖湿空气在上升过程中,冷却凝结形成小水滴,小水滴汇聚成云,对流发展旺盛时,云就越堆越大越高,逐渐形成积雨云或称雷暴单体。积雨云内的小水滴不断碰撞合并成较大的水滴,直到上升热气流托不住了,就从云中直掉下来,形成降雨。同时从地面上升的热空气却一个劲往上冲,降落的雨滴和上升的热空气之间摩擦后就带上了电荷,上升的气流带正电荷,下落的水滴带负电荷。随着时间的推移,积雨云的顶部积累了大量的正电荷,底部则积聚许多负电荷;地面因受积雨云底部负电荷的感应,也带上了正电荷。这样云的上、下部正负电荷之间形成一个电位差。当电位差达到一定程度后,就会产生放电并发出轰鸣声,这就是我们常见的电闪雷鸣现象。
雷电灾害
雷电发生过程中,正负电荷积累到一定程度可放出巨大的电流,其平均强度为3万安培,最强可放出30万安培的电流。闪电的电压也很高,约为1亿至10亿伏特。一个中等强度雷电放电功率可达一千万瓦特,相当于一个小型核电站的输出功率。
危害人畜生命
人体所能承受的最高电压为36伏特,当被上亿伏特的雷电击中时,很少有人能幸存。同样对家禽、家畜以及大自然中的动物来说雷击也是毁灭性的灾害。
引发火灾
雷电产生时,会放出大量的能量,这些能量大多由电能转化成光能和热能,这些热能会使周围空气温度升高,当温度升高到着火点,而周围又有大量可燃物时,很容易引发火灾。雷电引发的火灾中,危害最大的便是森林火灾,森林由于其特殊的环境,火灾往往一发而不可收拾,并且不易扑灭,上万顷森林将化为灰烬。其次,雷电还可能引发火灾烧毁房屋、烧毁工厂,往往木竹建造的房屋最易遭受危害,而酒精工厂、衣料工厂、面粉工厂等最易着火且“气势汹汹”,极易造成人员伤亡和财产损失。
损坏电器及电力设施
雷电放电时,能产生高达数万伏甚至数十万伏的冲击电压,它可能毁坏发电机、电力变压器等电气设备的绝缘,烧断电线、劈裂电杆,造成大规模停电。另外,绝缘损坏还可能引起短路,轻的烧坏电线,重的直接让电器报废,甚至引发电路起火,造成火灾,危及生命财产安 全;更有甚者会危及到正在使用电器的人的人身安全。
鉴于雷电灾害的严重性,在雷阵雨来临前,气象部门会发布雷电预警信号,预警信号共分为黄、橙、红三个等级,逐级增强,提醒公众注意防范雷电可能产生的灾害。普通单体雷暴(详见词条“雷暴”)的生命史在30分钟左右,降雨来的快,去的也快。如果积雨云或雷暴单体进一步组织化,降雨的时间和强度就会大大增加,暴雨、冰雹、龙卷和大风等灾害性天气都有可能粉墨登场,这种情况下气象部门就会发布其他相应的预警信号,雷电预警信号反而成为配角了。
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雷电对地球生命的进化有非常大的意义,有科学家认为,生命起源于闪电将甲烷等无机物合成为氨基酸等有机物的过程;雷电给古人类送来了火,使他们走出茹毛饮血时代而迈向文明;闪电还能将大气中的氮气变成氮肥,其产量每年可达4亿多吨,随着雨水落到地面为植物施肥;闪电为电离层充电,维持大气电场的平衡。