地闪：不同类型及其特性

通常情况下，一半以上的闪电放电过程发生在云内主要正、负电荷区间，这种闪电称为云内闪电，它与发生概率相对较低的云间闪电和云-空气放电一起被称作云闪。云地之间的对地放电则被称为地闪。由于地闪对人类危害较大，与人类生活息息相关，所以对它的研究也较为深入。

1.2.2.1　地闪的分类

1.按先导方向划分

（1）向下先导：由云向地面发展的先导；如果先导带负电，称向下负先导；如果先导带正电，称向下正先导。

（2）向上先导：由地面向云中发展的先导；如果先导带负电，称向上负先导；如果先导带正电，称向上正先导。

2.按闪电电流划分

（1）正地闪：闪电电流为正（向下）的称为正地闪；通常云底荷正电荷，地面为负电荷。

（2）负地闪：闪电电流为负（向上）的称为负地闪；通常云底荷负电荷，地面为正电荷。

3.按照地闪先导传播方向和地闪电流方向划分

第一类地闪：具有向下先导和向上回击，云中负荷电中心与大地和地物间的放电过程具有负闪电电流，简称为向下负先导负地闪，如图1-9（a）所示。如果负先导不着地，则无回击，此时只有云空放电。如果负先导着地，则产生回击，将云中的部分电荷泄放到大地，如图1-9（b）所示，若该过程只一次则为单闪击闪电，若重复多次则为多闪击闪电。

图1-9　四种不同类型的地闪示意图

第二类地闪：具有向上正先导的云中负荷电中心与大地和地物间的放电过程，具有负闪电电流。它又分两种情况：若先导带正电向上，放电一般始于高耸的接地体（塔尖或山顶），具有向上正先导而无回击，简称为向上正先导连续负放电，如图1-9（c）所示；若先导带正电向上和向下回击，称之为向上正先导负地闪，如图1-9（d）所示，如果其后有随后闪击，称之向上正先导多闪击负地闪。

第三类地闪：云中电荷为正，具有向上负先导的云中正电荷中心与大地和地物间的放电过程，具有正闪电电流。若向上先导始于高耸的高层建筑的尖顶，这类地闪也有以有无回击而细分为A型和B型。A型地闪具有向上先导和向下回击的放电过程，简称向上负先导连续正放电，如图1-9（g）所示。向上正地闪多为单闪击地闪。B型地闪具有向上先导而无回击的放电过程，只是在先导后出现持续时间约几百毫秒，持续电流为几百安的放电过程，简称为向上负先导正地闪，如图1-9（h）所示。

第四类地闪：云中荷正电，为具有向下正先导和向上回击，云中正电荷中心与大地和地物间放电过程具有正闪电电流，简称为向下正先导正地闪，如图1-9（e）所示。若向下正先导不着地，于是产生云空放电过程。若向下正先导着地，引起向上正回击，泄放云中的正电荷到大地，如图1-9（f）所示，这一类在山地区少见，在湖边可见到。

1.2.2.2　地闪放电全过程(www.xing528.com)

地闪放电过程电荷活动如图1-10所示。

1.梯式（级）先导

（1）闪电的初始击穿：在图1-9（a）～图1-9（d）中，当积雨云的下部有一负电荷中心与其底部的正电荷中心附近局部地区的大气场达到104V/cm左右时，该云雾大气会初始击穿负电荷中和正电荷，这时从云下部到云底部全部为负电荷区。

图1-10　地闪放电过程电荷活动

（2）梯式先导过程：随大气电场进一步加强，进入起始击穿的后期，这时电子与空气分子发生碰撞，产生轻度电离，从而形成负电荷向下发展的流光，表现为一条暗淡的光柱像梯级一样逐级伸向地面，称为梯式先导，如图1-9（e）～图1-9（f）所示，每一梯级的顶端发出较亮的光。由于大气体电荷随机分布，梯式先导在大气中蜿蜒曲折地进行，并产生许多向下发展的分支。梯式先导的平均传播速度为3.0×105cm/s左右，其变化范围（1.0～26）×105cm/s，梯式先导由若干个单级先导组成，而单个梯级的传播速度则快得多，一般为5×107cm/s，单个梯级的长度平均为50m左右，其变化范围为30～120μm左右。梯式先导通道的直径较大，变化范围为1～10m。

（3）电离通道：梯式先导向下发展的过程是一电离过程，电离过程中生成成对的正、负离子，其中正离子被由云中向下输送的负电荷不断中和，从而形成一充满负电（对负地闪）荷为主的通道，称为电离通道或闪电通道，简称通道。闪电通道由主通道、失光通道和分叉通道组成。闪电放电过程中主通道起重要作用，电离通道结构如图1-11所示。

图1-11　电离通道结构

（4）连接先导：当具有负电位的梯式先导到达地面附近，离地约5～50m时，可形成很强的地面大气电场，使地面在正电荷向上运动，并产生从地面向上发展的正流光，这就是连接先导，连接先导大多发生于地面凸起物处。

2.回击

当梯级先导与连接先导会合时，形成一股明亮的光柱，沿着梯式先导所形成的电离通道由地面高速冲向云中，称为回击。回击比先导亮得多，传播速度也比梯式先导快得多，平均为5×107cm/s，变化范围为（2～20）×107cm/s。回击的通道直径平均为几厘米，其变化范围为0.1～23cm。回击具有较强的放电电流，峰值电流强度可达104A量级，因而发出耀眼亮光。地闪所中和的云中负电荷绝大部分在先导放电时贮存在先导主通道及其分支中，并在回击传播过程不断被中和。由梯式先导到回击这一完整的放电过程称为第一闪击。从地面向上发展起来的反向放电不仅具有电晕放电，还具有强的正流光，它与向下先导会合，其会合点称为连接点，有时称之为“连接先导”的向上流光，若其在向下先导到达放电距离同一瞬间开始发展，则连接先导高度约为放电距离的一半。

3.箭式（直窜或随后）先导

紧接着第一闪击之后，经过约几十毫秒的时间间隔，形成第二闪击。这时又有一条平均长为50m的暗淡光柱沿着第一闪击的路径由云中直驰地面，这种流光称箭式先导。箭式先导是沿着预先电离了的路径通过的，它没有梯式先导的梯级结构。箭式先导的传播速度大于梯式先导的平均传播速度，平均值为2×106cm/s，变化范围为（1.0～21）×106cm/s，箭式通道直径的变化范围亦为1～10m。当箭式先导到达地面附近时，又产生向上发展的流光由地面与其会合，随即产生向上回击，以一股明亮的光柱沿着箭式先导的路径由地面高速驰向云中。由箭式先导到回击这一完整的放电过程称为第二闪击，第二闪击的基本特征与第一闪击是相同的，而以后各次闪击的情况与第二闪击的情况基本相同。

由一次闪击构成的地闪称为单闪击地闪，由多次闪击构成的地闪称为多闪击地闪，而第一闪击后的各闪击称为随后闪击。通常一次地闪由2～4次闪击构成，个别地闪的闪击数可达26次之多。多闪击地闪各闪击间隙时间，在无连续电流的情况下平均为50ms左右，其变化范围为3～380ms。一次地闪的持续时间平均为0.2s左右，其变化范围为0.01～2s。