雷雨云（一大团翻腾的水、冰晶和空气）
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更新时间：2023-07-18
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雷雨云是一大团翻腾、波动的水、冰晶和空气。当云团里的冰晶在强烈气流中上下翻滚时，水分会在冰晶的表面凝结成一层层冰，形成冰雹。这些被强烈气流反复撕扯、撞击的冰晶和水滴充满了静电。其中重量较轻、带正电的堆积在云层上方；较重、带负电的聚集在云层底部。至于地面则受云层底部大量负电的感应带正电。当正负两种电荷相遇并产生电火花时，雷雨云便被点燃并电闪雷鸣。雷雨云
一大团翻腾的水、冰晶和空气
雷雨云是一大团翻腾、波动的水、冰晶和空气。当云团里的冰晶在强烈气流中上下翻滚时，水分会在冰晶的表面凝结成一层层冰，形成冰雹。这些被强烈气流反复撕扯、撞击的冰晶和水滴充满了静电。其中重量较轻、带正电的堆积在云层上方；较重、带负电的聚集在云层底部。至于地面则受云层底部大量负电的感应带正电。当正负两种电荷的差异极大时，就会以闪电的形式把能量释放出来。
基本信息
中文名
雷雨云
外文名
thunder cloud
云层底部
较重、带负电
组成
水、冰晶和空气
云层上方
重量较轻、带正电
特点
大多数研究资料表明，雷雨云上部带正电荷，下部带负电荷，云中基本为正负双极性分布。有时还观测到雷雨云下底部有一个或几个局部弱正电荷区，它往往与太阳雨过程相关联。当雷雨云在空中漂移运动时，雷雨云对大地感应出的是异种电荷，也随着雷雨云在雷雨云下方跟着雷雨云移动，它们之间的电场强度，也在不断变化。
基本概述
雷雨云的形成需要一定的条件，从局地条件来看，首先，大气的垂直层结必须是不稳定的，以便诱发对流活动的发生和发展；其次，空气中要有足够的水分，能够满足云的生成。从天气背景来看，应当有促发局地对流发展的天气形势，如冷锋过境、正在填塞中的低压、反气旋后部、小波动以及高空下股冷空气活动等。雷雨云往往由积云发展而来，它是对流云发展的成熟阶段。一个发展完整的对流云，一般都有一个形成、成熟和消散的过程。
不同的地方，不同的发展阶段，对流云的厚度相差十分悬殊。在中国西北高原地区，由于大气中的水汽不充沛，对流云发展到积雨云阶段也只有3—4公里厚；而中、高纬度的锋面性对流云，在发展初期其厚度即可达到5—6公里；在热带海洋地区，例如美国的佛罗里达，由于水汽充足，对流云发展十分旺盛，其云顶抵达平流层，高度可达20公里以上，其水平尺度一般约为30—40公里。在大多数情况下，云体先在垂直方向较快增长，当云顶达到一定的高度并比较稳定之后，才在水平方向较快地增长。
雷雨云成熟的标志是伴有雷电活动和降水，当下沉气流在地面形成阵风时，地面温度开始明显下降。一阵电闪雷鸣，狂风暴雨过后，雷雨云就进入消散阶段。在消散阶段，云中已为有规则的下沉气流所控制。云体逐渐崩溃，云上部很快演变成高积云和伪卷云，而云底有时还有一些碎积云或碎层云，它们是由降水在地面蒸发后上升凝聚而成的。
在雷雨云的下方，大气的电场与晴天正好反向，也就是说，此时地面带正电荷。它是由雷雨云感应产生的。这说明雷雨云带有负电荷。大量的研究证明，在雷雨云中存在着正、负两种电。正电荷集中在云的上部，而负电荷集中在云的中下部。在通常情况下，云下部的负电荷略多于上部的正电荷。有时，在云的底部还有一个范围不大的带正电荷区域，它一般处于云的前部，这里上升气流有局部的极大值。
形成过程
人们通常把发生闪电的云称为雷雨云，其实有几种云都与闪电有关，如层积云、雨层云、积云、积雨云，最重要的则是积雨云，一般专业书中讲的雷雨云就是指积雨云。云的形成过程是空气中的水汽经由各种原因达到饱和或过饱和状态而发生凝结的过程。使空气中水汽达到饱和是形成云的一个必要条件，其主要方式有：
（1）水汽含量不变，空气降温冷却；
（2）温度不变，增加水汽含量；
（3）既增加水汽含量，又降低温度。
但对云的形成来说，降温过程是最主要的过程。而降温冷却过程中又以上升运动而引起的降温冷却作用最为普遍。积雨云就是一种在强烈垂直对流过程中形成的云。由于地面吸收太阳的辐射热量远大于空气层，所以白天地面温度升高较多，夏日这种升温更为明显，所以近地面的大气的温度由于热传导和热辐射也跟着升高，气体温度升高必然膨胀，密度减小，压强也随着降低，根据力学原理它就要上升，上方的空气层密度相对说来就较大，就要下沉。热气流在上升过程中膨胀降压，同时与高空低温空气进行热交换，于是上升气团中的水汽凝结而出现雾滴，就形成了云。在强对流过程中，云中的雾滴进一步降温，变成过冷水滴、冰晶或雪花，并随高度逐渐增多。在冻结高度（-10摄氏度），由于过冷水大量冻结而释放潜热，使云顶突然向上发展，达到对流层顶附近后向水平方向铺展，形成云砧，是积雨云的显著特征。
雷电以其巨大的破坏力给人类社会带来了惨重的灾难，尤其是近几年来，雷电灾害频繁发生，对国民经济造成的危害日趋严重。我们应当加强防雷意识，与气象部门积极合作，做好预防工作，将雷害损失降到最低限度。
三个阶段
雷雨云是对流云发展的成熟阶段，它往往是从积云发展起来的。发展完整的对流云，其生命史可以分为以下三个阶段：
形成阶段：这一阶段主要是从淡积云向浓积云发展。云的垂直尺度有较大的增长，云顶轮廓逐渐清楚，呈圆孤状或菜花形，云体耸立成塔状。这样的云我们在盛夏常常看到。在形成阶段中，云中全部为比较规则的上升气流，在云的中、上部为最大上升气流区。上升气流的垂直廓线呈抛物线型。一般不会产生雷电。在其形成阶段，淡积云向浓积云发展。云的垂直尺度有较大的增长，云顶的轮廓逐渐清晰，呈圆弧状或花菜形，云体耸立成塔状。在这一阶段，云中全部为比较规则的上升气流，云的中上部是最大气流上升区。此阶段经历的时间大约为15分钟，一般不会产生雷电和降水。
成熟阶段：从浓积云发展成积雨云，就伴随雷电活动和降水，这是成熟阶段的征象。在成熟阶段，云除了有规则的上升气流外，同时也有系统性的下沉气流。上升气流通常在云的移动方向的前部。往往在云的右前侧观测到最强的上升气流。上升气流一般在云的中、上部达到最大值，浓积云逐渐发展成积雨云。此阶段，云中除了有规则的上升气流外，同时也有系统性的下沉气流。上升气流通常在云的移动方向的前部，气流的最大值一般出现在云的中上部，其速度可以达25—60米/秒，甚至更高。下沉气流是一支从云的中下部倾斜地穿出来的气流，它对雷雨云的发展成熟不单纯起消极作用，还与上升气流一起构成云中的铅直环流。对流云的厚度与起水平尺度具有同一数量级。这是对流云与其他种类云最重要的差异之一。
消散阶段：一阵电闪雷鸣、狂风暴雨之后，雷雨云就进入了消散阶段。这时，云中已为有规则的下沉气流所控制。云体逐渐崩溃，云上部很快演变成中、高云系，云底有时还有一些碎积云或碎层云。
起电理论
雷雨云起电的机理目前主要有四种理论：
水滴破裂效应：云中水滴在高速气流中作激烈运动，分裂成一些带负电的较大颗粒和带正电的较小颗粒，后者同时被上升气流携带到高空，前者落在低空，这样正负两种电荷便在云层中被分离，这也就是造成90％的云层下部带负电的原因。
温差起电效应：实验证明在冰块中存在着正离子（H+）和负离子（OH-），在温度发生变化时，离子发生扩散运动并相互分离。积雨云中的冰晶和雹粒在对流的碰撞和摩擦运动中会造成温度差异，并因温差起电，带电的离子又因重力和气候作用而分离扩散，最后达到一定的动态平衡。
紫外线光解水带电效应：2016年中国科学家提出的新观点，从光化学反应角度来解释这个物理现象。
雷雨云带电，是由于高空中的云朵受到<258nm的紫外线照射，发生光化学反应而伴随产生的一个物理现象。雷雨云中电荷产生的类似臭氧层中臭氧产生的原理。雷雨云的空间分布大约在1000米—10000米的高空，云团内部的主要物质为水（H2O），随着温度和气压的不同，云中的水分为固态、液态、气态，水的化学键为H—O—H,氢氧键的键能为463/(kJ/mol)=4.8ev(E=1240/λ),即波长<258nm的紫外线就能够将氢氧键激发断裂。化学方程式为：H2O+hv（<258nm紫外线）→H+和OH-。H—OH在被波长<258nm的紫外线照射激发时，原子键断裂的那一瞬间，H粒子夺取电子的能力远弱于OH，所以，在断裂时，H粒子失去电子变为H+，OH夺得电子变为OH-（臭氧层中，氧气分子键被紫外线照射激发断裂时，由于两个氧原子夺取电子的能力相同，不存在带电的问题）。云团中的H+、OH-是极不稳定的（原因与臭氧层中O原子不稳定道理类似），它们会迅速的与周围的粒子发生反应形成稳定的粒子。有如下三种情况：（H+）+（OH-）=H2O（电量中和）（H+）+（H+）→H2+(带正电)（OH-）+（OH-）→H2O2-（带负电）带正电荷的H2、H由于比重（密度）远远轻于云团中的水蒸气（周围环境），它会迅速的向云朵的上方运动，并且一边运动一边将自身的正电荷带到云朵的上方（导致云朵上方带正电）。带负电荷的H2O2由于比重（密度）重于云团中的水蒸气，它也会迅速的向云朵的下方运动，并且一边运动一边将自身的负电电荷带到云朵的下方（导致云朵下方带负电）。最终结果是：2H2O=H2+↑+H2O2-↓（<258nm紫外线照射条件下）2H2O2=2H2O+O2(过氧化氢在自然界中极不稳定)最终结果，使得云朵的上方显正电，下方显负电。
