积雨云、雷雨云的电结构介绍

天空中的云千变万化、千姿百态、形形色色。气象学根据云的结构特点、外形特征和云底高度，把云分成20多种。云在不同天气系统演变过程中形成，不仅代表着当时的天气状况，也预示着未来天气的变化。大量观测及研究也显示雷电的形成与云有着密不可分的关系。因此在研究雷电的进程中，对云的研究尤其是积雨云的研究便显得尤为重要。

1.云的分类

大气中的云可以分为很多种，在气象学中，按地面观测（只能观测到云底）可将云分成高云、中云、低云，按云的稳定性可分成层状云和直展（对流）云。具体情况见表1-1。

表1-1　云　的　类　型

由表1-1中不同云的特点可以看出，并不是所有的云都会带来雷暴和闪电。能够带来雷电的主要是积雨云，也可称为雷雨云。

2.雷雨云的形成及发展

直击雷和感应雷都与带电的云层有关，带电的云层称为雷雨云。有关雷雨云形成的假说很多，但至今尚未有一种被公认为无懈可击的完整学说。本章介绍其中被认为比较完善并经常被推荐的假说。由于大气的剧烈运动引起静电摩擦和其他电离作用，云团内部产生了大量的带正、负电荷的带电离子。在空间电场力的作用下，这些带电离子定向垂直移动，使云团上部积累正电荷，下部积累负电荷（或者相反），云团内产生分层电荷，形成产生雷电的雷雨云。雷雨云的成因主要来自大气的运动。当雷雨云在天空移动时，在其下方的地面上会静电感应出一个带相反电荷的地面阴影，如图1-1所示。

图1-1　雷雨云带电图

图1-2　雷雨云中的电结构(www.xing528.com)

雷暴出现会带来强降水、大风、光、强电场和强电流、雷、声、电磁脉冲辐射、天电、无线电噪声等。一方面，它可以造成洪涝灾害；另一方面，也会形成强电流强电场造成人类生命财产的损失，因此对雷暴的研究和分析有重要意义。

3.雷雨云中的电结构

大量研究显示，雷雨云上部为正电荷区，下部为负电荷区，具有正的双极性分布，所以一般用偶极性电荷分布来描述雷雨云内主电荷结构。但它的实际电荷分布却要比这种简单模式复杂得多。雷雨云中的电结构如图1-2所示。

雷雨云中的电偶极子分布模式：雷雨云上部为中心高度6km、半径2km、含正电24C的区域，下部为中心高度3km、半径1km、含负电20C的区域，云底附近有一个中心高度1.5km、半径0.5km、含正电4C的区域（常称为正电荷中心）。

根据观测结果，雷雨云中的电结构除上述电偶极子分布外，还有很多其他的特征，雷雨云的电荷分布较晴天大气电荷的分布要复杂得多。

越来越多的研究表明，实际雷雨云中的电结构远比上述垂直分布的偶极型或三极性电荷结构复杂得多，除了主正、负电荷区和底部的小的正电荷区外，电荷结构也会发生倾斜，也可能呈现多层正负极性电荷层互相交替的结构，也会有反极性的电荷结构出现，而且不同极性的电荷也可能出现在同一高度。即使在同一纬度，不同地区、不同季节、不同的环流形式及不同扰动温度形成的雷雨云也各不相同。模式研究是与实际观测相互补充的一项重要研究手段。

假定云内正负电荷分别集中分布在某一高度上，且上方为正电荷，下方为负电荷。如果把大地看成是一平面导体，从物理上分析，在点电荷Q的电场作用下，导体板上出现感应电荷分布。若Q为正的，则感应电荷为负的；若Q为负的，则感应电荷为正的。空间中的电场是由给定的点电荷Q以及导体面上的感应电荷共同激发的。利用镜像法，测站点处地面电场E为

式中　QP、QN——正、负电荷中心的电量；

HP、HN——正、负电荷中心高度；

DP、DN——测站点与云中正、负电荷中心在地面的投影点之间的距离。