雷电之书[试读]

雷电是以气象现象为载体的放电现象，其形成条件主要为温度差、雷雨云的生成和气流摩擦。 不同季节的落雷，特征也不相同。影响雷电的因素也有很多，如暖锋或冷锋会影响雷雨的强度；城市“热岛效应”引起的人为气象变化会导致城市落雷等。在地球的“温室效应”下，雷雨的发生比例在全球范围内也呈激增趋势。除此之外，还有“龙卷雷”“火山雷”“指向宇宙的雷”，以及太阳系各行星的雷等特殊条件下形成的特殊雷电。 01 大气循环和雷的分布 科里奥利力 图1.1 展示了在一定速度下的圆盘中，跑步者从圆心向外侧笔直跑步的情形。当跑步者移动时，其留在圆盘上的移动轨迹并不是直线，而是弧线。在这样的情形下，对于... 查看全部[ 01 大气循环和雷的分布 ]

温差 夏季，人们为了避暑会去山地或高原。这些地方四周空气凉爽，非常舒适。当人们爬到山上等海拔较高的地方时，为何气温会降低呢？或许还有人会这样想：高的地方离太阳更近一些，应该会更热吧？ 在地球的四周存在着对于我们呼吸而言不可或缺的空气。空气是由氮气和氧气等具有质量的分子构成的，不过单个分子的质量则是可以忽略的。地球的引力会作用于所有的空气分子。空气分子被地球向下吸引，就形成了包围地表的空气层（大气层）。这个空气层的95% 都处在距离地表20 km 之内的范围。 如果把空气层划分成几个厚度相同的区域，就会如图1.4 所示。虽然单独来看它们的厚度相同、重量相等，但最靠近地表的一层，... 查看全部[ 02　雷电形成的三大要素 ]

云的形成 一般情况下，形成云的云凝结核是由直径0.02 mm 左右的水滴或冰的结晶（冰晶）构成。云凝结核由上升气流支撑而悬浮在空中。不过，也有的云凝结核会与上升气流“背道而驰”，自上而下地落下，它们就是直径在2 mm 以上的水滴或冰粒等。雨、雪、霰（雪丸）、雹等就属于这种情况，我们称之为降水。 如果以云的高度分类，可像图1.7 那样分为三大类型。高云族主要由冰晶构成， 形成于距地表5 km～ 13 km 的高空， 包括“卷云”“卷积云”“卷层云”等；中云族形成于距地表2 km～7 km 的空中，包括“高积云”“高层云”“雨层云”；低云族形成于地表之上2 km 的高度，包括“层积云”... 查看全部[ 03 雷雨云的成长 ]

什么是极端天气 日本气象厅整理了过去30 年的气象数据，将根据数据求取的平均值定为30 年的年平均值。这个年平均值将使用10 年。接下来这10年中的气象状况，常常会被拿来与过去30 年的平均值作比较，并被保存下来。并且，再经过10 年后，过去30 年的数据中将重新把这最近10 年的数据更新进去，从而再次计算并求取最近30 年的平均值，即年平均值。这个年平均值可以用来进行气象状况的预测或报道。 所谓的极端天气，就是某地区在某个季节中，出现了概率较小、不常见的气象现象或状态。这个判断标准由气象台根据数据来决定，通常为在统计层面30 年里出现率为1 次左右的现象。夏季或冬季的异常气温、暴... 查看全部[ 04 极端天气 ]

地球温室效应 人们在使用煤炭、石油、天然气等化石能源的时候，即使是通过发电站转化成电能，大部分化石能源最终还是会以热能的形式排放出来。在之前的自然状态下，大气、海洋、陆地会通过全球性的关联维持一种绝妙的平衡，使得热能在地球上得以循环。然而，如果因为全球变暖等因素使得能量总量中热能的比例变大，情况就会脱离自然界气温调节能力的控制。 城市的热排放 在大城市中，局部性的温室效应现象也正在加剧。这种状况是由汽车的热排放，工厂的机械设备、烟囱和空调的热排放，以及家用电器等设备的热排放造成的。这些热量共同汇聚成城市的热排放，造成城市局部温室效应，进而形成人工气候。图1.11 是日本关东地... 查看全部[ 05 城市热岛效应 ]

夏季的气象 日本夏季的气压分布如图1.13(a) 所示，太平洋高压（别名小笠原高压，此处指副热带高压带在北半球的部分，即北太平洋高压）的势力会变强，气压的总体分布呈现南高北低的布局。北太平洋高压通过前文介绍的哈德利循环维持在北纬30°附近，是一个高温的高气压。此外，北太平洋高压的等压线内凹处因受东北信风的影响，容易生成热带低气压（会发展为台风）。 热带低气压是南方海洋上的湿热空气受东北信风影响变为上升气流，继而通过反复的空气对流而形成的。热带低气压发展为台风，需要满足以下条件：来自海面的上升气流非常湿润，有27 ℃以上的高温，气流要形成某种程度的气旋。 日本的夏季，雷电的多发... 查看全部[ 06 夏季雷和冬季雷 ]

春季的风暴 一般所说的风暴，是狂野的强风伴随激烈暴风雨的一种状态。日本每年都会发生春季风暴和冬季风暴。它们只会在由日本海上发展起来的低气压通过的时候，或通过以后的一段时间内发生。但是，两者发生的地区不同，冬季风暴发生在日本海的北日本地区，而春季风暴的规模则是日本全国性的。日本海的低气压，是早春时节在中国大陆和中国东海生成的低气压进入对马暖流的日本海部分形成的。在那里，北方的冷空气和南方的暖空气激烈交汇，并急剧发展并成长为低气压。 春季风暴的首要特征就是强风。春天是由冬天的北风往夏季的南风更替的时节，因此南风和北风会交替吹拂。此时，人们的体感气温会一会儿变冷（一星期中3 天左右），一... 查看全部[ 07 春雷 ]

锋的种类 一到梅雨季节，我们会听到“梅雨锋形成……”这种说法，这里所谓的“锋”，有某种活动集团的“前锋”之意。在气象领域，通常用它来表示不同空气团相遇时的交界线。它的种类有暖锋、冷锋和冷式锢囚锋、暖式锢囚锋。在锋面附近形成的雷就叫作锋面雷。在此将讲解暖锋和冷锋的雷。 暖锋产生的雷 如图1.21 所示，温暖的空气团（暖气团）平滑地攀登到寒冷的空气团（冷气团）的上面。于是，暖气团上升冷却，空气中的水汽会以雾的形式出现，进而形成云并带来降雨。但是，这种锋面由于暖气团和寒气团交汇的程度较小，因此，多形成持续性降雨。这时形成的云，被称为雨层云。 图1.21　暖锋的构造 雨层... 查看全部[ 08 锋面雷 ]

城市的气候 由于前文提到过的城市热岛效应，大城市因伴有人为的热量排放，所以会比起周边地区更容易形成高温的空气团。这些高温空气团相对于周围的冷空气，就成为了上升气流。而这种气流，会让城市的一部分地区形成与通常天气不同的气候。最近，城市中空调停用的深夜时段也开始出现落雷现象。这是因为办公室、家庭的空调停用时，城市外层的大气会开始冷却，而内层因空调室外机加热而残留的高温空气团会因温度差成为上升气流，在上空发展为雷雨云。 像这样，雷的发生不仅限于自然的气象条件，也与城市的生活方式之间存在关系。 人口密度和雷电 目前，日本气象厅正在调查研究世界各大城市（东京、纽约、巴黎）的平均气... 查看全部[ 09 城市雷 ]

龙卷雷 日本气象厅把龙卷风定义为激烈的空气旋涡，从巨大的积雨云底部垂挂出漏斗状（倒立的圆锥状）的云，在陆地上卷起沙尘，在海上伴着水柱的气象现象。也就是由积雨云活跃的上升气流而产生，几乎延伸到地面的高速旋转的竖长旋涡气流（图1.27）。在学校的校园等地方产生的旋风也是旋涡状，虽然它会掀翻棚帐，但它不是龙卷，而是因地面温度升高所形成的气流以旋涡状上升而产生的现象。 龙卷风容易出现在接近台风的地方或冷气团与暖气团交汇的锋面附近。大多数时候龙卷风会伴有雷雨，也会发生被称为气旋风暴的“龙卷雷”。发生龙卷风等现象的时候，龙卷风高速旋转的气流会因与周围大气或灰尘等物质的摩擦而起电。在国外，用飞行... 查看全部[ 10 龙卷雷、火山雷 ]

距离地球的高度 根据距离地面的高度，地球的大气层分为了4 个部分。距离地表10 km 附近的高度为对流层；10 km～ 50 km 左右的部分为平流层；50 km～85 km 左右的部分为中间层。中间层之上为热层。 在对流层，高度每上升1 km，气温便随之下降6.5 ℃，很容易形成较大的温差，形成气流运动，所以各种各样的气象现象就会发生在这个领域。对流层的上层为平流层，由于引力作用，平流层的空气层井然有序地叠加，平流层也因此而得名。而且，观测结果也表明平流层中形成了较稳定的气流。平流层中温度随着高度的上升而上升（下冷上热），在接近50 km 的高度时变成了-10 ℃左右。这个高度也... 查看全部[ 11 指向宇宙的雷 ]

太阳系的行星 太阳和以太阳为中心运转（公转）的天体、小天体、微粒子所构成的天体系统称为太阳系。小天体包括小行星、海王星外天体（冥王星则是准行星）。太阳共有八大行星，距离太阳由近到远的顺序依次为水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星。各个行星不停歇地在几乎同一平面上绕着太阳公转，公转周期也从地球的1/4 年到164 多年不等。从太阳到地球的距离以光速计算需要8 分31 秒，行星间的距离就以此距离为标准（叫天文单位）来表示（图1.30(a)）。 在地球上，因地球引力的作用，空气被吸引形成大气层，大气与大地之间形成的雷雨云通过摩擦起电从而形成雷电。那么，关于太阳系内哪些行星可... 查看全部[ 12 太阳系行星上的雷 ]