閃電通道

閃電通道的半徑、速度、能量和温度

閃電過程中的主要物理和化學過程都是在閃電通道內進行的，閃電的物理現象都與閃電通道有關係。描述閃電通道特性的參數有：通道的半徑、速度、温度、電流、電荷等。Borovsky(1995)假定：(1)閃電通道是直的；(2)閃電通道是柱體；(3)閃電通道是均勻的的電磁場。同時還假定閃電產生的電磁波是：(1)電磁波的傳播是一調諧函數

；(2)通道內沒有預先的光子加熱；(3)通道內由波的加熱忽略，提出了估算通道的半徑、速度、温度、電流、電荷的理論。 ^[1] 

閃電放電通道的三維結構特徵

通過對閃電VHF輻射源高時空分辨率的三維觀測資料的分析發現, 無論雲閃還是地閃其時間和空間分佈特徵可表明雷暴中的基本電荷結構.雲內閃電放電不僅發生在上部正電荷區與中部主負電荷區之間, 也同樣會在中部主負電荷區與下部正電荷區之間發生, 除極性相反之外, 其它特徵是一致的.雲閃過程在最初的10～20 ms內垂直向上(正常極性)或向下(反極性)發展, 之後轉為水平方向的傳輸.在正電荷區輻射點較多, 閃電通道清晰; 在負電荷區輻射點較少, 且從閃電的起始位置以一種倒退的方式水平延伸閃電通道.雲閃中的K型擊穿不僅發生在閃電的後期, 而且還發生在活躍期, 並不時發展到正電荷區而觸發新的閃電分叉.負地閃首次回擊之前的梯級先導過程輻射較強, 繼後回擊前的直竄先導的輻射較弱.回擊之間閃電在雲內水平發展, 通道以細小的分叉為主要特徵, 其間不時有沒有到地的企圖先導過程發生.正地閃的先導過程基本沒有可探測到的輻射點, 在回擊之前有一段雲內過程, 回擊之後有更長的雲內過程發展, 其閃電通道不像負地閃那樣精細, 在回擊之後的最初階段輻射點較少, 而在通道的頂端輻射點反而較多.正負地閃的發生發展特徵有很大的不同, 表明正、負極性的電荷擊穿及傳輸過程的機制存在明顯差異. ^[2] 

雲中放電

雲中放電(英語：in-cloud lightning）

在0℃層以上，即空氣温度下降到冰點的高度以上，雲內的液態水變成冰晶和過冷卻水滴（達0℃卻來不及凝結就落下的水滴）。由於空氣的密度不同，造成了空氣對流，在這些水滴或冰晶摩擦碰撞的過程中產生電荷。如雲內出現兩個足夠強的相反電位，帶正電的區域就會向帶負電的區域放電，結果就產生了雲內閃電（in-cloud lightning）或雲間閃電（cloud-to-cloud lightning）。風暴細胞內八成的放電過程屬於這種類型。

雲地之間放電

雲地之間放電(英語：cloud-to-ground lightning）

這是最廣為研究的類型，主要是因為它們對人們的生命財產有極大的威脅性。

在一次正常的閃電前，雲裏的電荷分佈是這樣的：在底部是較少的正電荷，在中下是較多的負電荷，在上部是較多的正電荷。閃電由底部和中下部的放電開始。電子從上往下移動，這一放電由上向下呈階梯狀進行，每級階梯的長度約為50米。兩級階梯間約有50微秒的時間間隔。每下一級，就把雲裏的負電荷往下移動一級，這稱為階梯先導（英語：stepped leader），平均速率為1.5×10米/秒，約為光速的兩千分之一，半徑約在1到10米，將傳遞約五庫侖的電量至地面。當階梯先導很接近地面時，就像接通了一根導線，強大的電流以極快的速度由地面沿着階梯先導流至雲層，這一個過程稱為回擊，約需70微秒的時間，約為光速的三分之一至十分之一。典型的回擊電流強度約為一至兩萬安培。如果雲層帶有足夠的電量，又會開始第二次的階梯先導。

雷電擊又分為負雷電擊（英語：negative stroke）及正雷電擊（英語：positive stroke），也就是由雲層往地面傳下來的是正電荷。正雷電擊的發生機率比負雷電擊小，但攜帶的電量會比負雷電擊大，曾測量到的最大值為300庫侖。正雷電擊通常只有一擊，有第二擊的正雷電擊相當少見（因為雲層內靠近地面的正電荷較少）。

雲間放電

雲間放電是一種很少發生的閃電，它在二個或更多完全分離的積雨雲中放電。

閃電通道的形成是自上而下還是自下而上？

答案是兩者都有。“雲地閃”，從其定義上説，是始發於雲中的閃電。但是從一些圖片上看到的閃電分支結構表明，閃電也經常始發於地面。

但是，為了恰當的回答“閃電是向上還是向下發展”，必須搞明白這個問題。要明白這個問題，我們必須要了解閃電所涉及的過程。

負極性的雲地閃大致可以分為三個階段：梯級先導、凹擊和箭式先導。

梯級先導是沿着電阻最小的路徑從雲中向地面發展的一小團負電荷。在梯級先導電倚傳輸路徑上：空氣被電離，形成電離通道。梯級先導是以梯級的形式逐級向下發展的，每步大概有幾十米的距離，持續時間為幾微秒，每一步之後的間歇約為50微秒．然後接着開始下一步。梯級先導的電倚團有時會分解。分解後沿着不同的路徑傳輸，因而形成了閃電的分支形狀。

當梯級先導接近地面時，地表上的電子在先導負電荷的排斥作用下退避而形成一個正電荷區域。地面的高聳物表面將會產生電暈放電(空氣中的電介質擊穿現象，也稱作聖愛爾摩火)，並向正在接近的下行先導連接．於是在雲地之間便建立起了連續的電離通道．從而引發一次強有力的回擊。回擊沿着梯級先導的電離通道像波一樣快速衝向雲中，與其途中的電子中和。

回擊結束之後，一次閃電可能就結束了。如果此時雲中還積聚有足夠多的電荷，那麼，也會從雲內伸出一個“箭式先導”直插地面。而且，此箭式先導還可能會觸發第二次回擊。一次閃電可能會包含數次回擊，平均為3～4次，每次回擊的間隔時間為40～80毫秒。

回擊過程一直是閃電過程研究的熱點。其原因，一方面是出於實際考慮．人們認為屬於閃電造成的破壞主要是由凹擊電流造成的；另一方面，事實上，在構成閃電的眾多過程中，只有回擊過程是最容易測量的。的確，回擊是雲外最為耀眼的閃電過程．併產生最容易識別的電磁信號。

有些情況下，比如説冬季雷暴中，雷雨雲中閃電始發的高度非常低，這樣一來，地面上高聳的自然物體(山)或人造物體(高塔或摩天大樓)會對原本向地面移動的梯級先導電荷產生干擾作用。這實際上是高聳物體觸發了閃電，使得帶有梯級先導、分叉和分支結構的閃電看上去是向上發展的，因此被稱為“真正的地雲閃電”。這種特殊的閃電現象在日常牛活中並不常見．但是有一些照片記錄了它的存在。

由地面上的靜止目標物(如高塔)產生、並向其正上方荷電雲體發展的先導觸發的雷電，可稱為“上行閃電”。上行閃電與常見的下行閃電相反。如果沒有地面目標物的存在，它就不會發生了，因此．可認為該類閃電是地面目標物觸發的。高度在100～500 m的目標物，上行閃電和下行閃電都有可能經歷，且經歷的上行閃電比例隨目標物高度增加而增大。當地物高度小於100 m時，通常認為其只會被下行閃電擊中；當建築物高度大於500 m時，通常認為其只能被上行閃電擊中。換句活説，對於不到100 m高的建築物來説，通常可忽略上行閃電；對於高於500 m的建築物來説，可忽略下行閃電。Davis和Standring(1947)在英圍觀測了飛行高度為600 m的氣球的線纜上的電流，發現所有閃電都為上行閃電。如果建築物位於山頂上．那麼考慮到山體的存在所產生的附加電場畸變，該建築物的有效高度將大於其實際的物理高度。 ^[3] 

在地球上閃電頻率的一個比較古老估計是每秒鐘100次。 現今人類可以用人造衞星查出閃電的頻率，包括觀察在沒有人煙居住的地方，可知的發生閃電紀錄是平均一秒鐘44 ± 5次，全年幾乎總共發生閃電次數為10.4億次的閃電。這些閃電中有百分之七十五是雲間放電(雲對雲閃電)，百分之二十五為雲地之間放電(雲對地閃電)。

其他星球上的閃電：因為閃電需要擊穿氣體，所以閃電不可能在真空的空間內出現。但在其他行星的大氣層內有偵測到過閃電，如金星及木星。人們估計木星上的閃電比地球上的閃電強100倍左右，但是發生頻率只有地球上閃電的十五分之一。至於金星閃電的具體情況還在爭論中。在70年代到80年代中前蘇聯的金星號（英語：Venera）和美國的先驅者計劃（英語：Pioneer program）中，資料顯示在金星的上層大氣中發現了閃電，但是卡西尼—惠更斯號（英語：Cassini-Huygens）經過金星的時候卻沒有發現任何閃電的發生。

雲中電荷分離的現象還是研究中的課題，有很多假説被提出來試圖解釋此一現象發生的原因。

根據靜電感應假説，仍未充分了解電荷的分離過程，不過似乎總要有很強的上升氣流將小水滴抬升，使它們產生過冷至攝氏-10度到-20度。這些過冷的小水珠會和冰晶相碰撞產生柔軟的冰水混合物—軟雹（英語：graupel），這些碰撞會使冰晶帶有正電、軟雹帶有負電。此時上升氣流會繼續將較輕的冰晶(帶正電)抬升，軟雹則因較重而落至雲的中下層，進而造成雲層上半部帶正電，下半部帶負電的電荷分離現象。 此電荷分離過程使雲間的電位差不斷增加，直到足以釋放而形成閃電。

極化機制分為兩個部份：