一、积雨云的形成与电荷分离

雷电的产生与积雨云的发展密切相关。积雨云通常在对流旺盛的环境中形成，当太阳辐射加热地表，热空气携带水汽上升，遇冷凝结为水滴或冰晶，形成翻滚的云团。云层内部的气流运动导致不同相态的水凝物（如过冷水滴、霰粒、冰晶）频繁碰撞。在此过程中，以下机制促使电荷分离：

1. 温差起电：过冷水滴与霰粒碰撞时，外部迅速冻结并释放热量，导致外层带正电、内层带负电；当内部完全冻结后，冰壳破裂，正电冰屑被上升气流带至云顶，负电核心下沉至云底。
2. 摩擦起电：冰晶与霰粒摩擦使冰晶带正电并升至云上部，霰粒带负电聚集于云中下部。
3. 离子吸附：大气中的正负离子在云滴碰撞时被选择性吸附，进一步加剧电荷极化。

最终，积雨云形成典型的电荷分布结构：上层以正电荷为主，中下层以负电荷为主，云底还可能存在小范围正电荷区。

二、放电过程：从先驱放电到雷击

当云内或云与地面间的电位差达到25-30千伏/厘米（空气击穿阈值）时，放电过程启动：

1. 先驱放电（先导放电）：

   • 云底负电荷区向地面释放“先驱注流”，以跳跃式路径（每段约50米）向下延伸，电离空气形成导电通道。
   • 地面感应出正电荷，并在尖端物体（如高楼、树木）周围形成强电场，促使“迎面先导”向上延伸与云中先驱注流会合。

2. 主放电：

   • 先驱通道贯通后，云地间电荷剧烈中和，产生数万安培的瞬时电流，形成耀眼闪电。
   • 电流通过时，通道温度瞬间达3万℃（约为太阳表面温度的5倍），空气急剧膨胀引发冲击波，产生雷声。

三、雷电现象的多样性

雷电形态与放电路径密切相关：

• 云闪（占75%）：发生在云内或云间的放电，不接触地面，表现为云层内部的亮光。
• 地闪（占25%）：击中地面的放电，可能通过分叉通道形成线状、带状或球状闪电。
• 特殊现象：如蜘蛛状闪电（水平延伸数百公里）、红色精灵（高空放电）以及罕见的球状闪电（可漂浮并爆炸）。

四、雷电的时空分布特征

• 时间规律：夏季午后因对流旺盛多发雷暴，夜间云顶冷却也可能触发“夜雷暴”。
• 地理差异：我国南方年均雷暴日达40天以上（如海南超100天），北方及西北地区较少。
• 极端记录：2018年巴西南部曾观测到跨度709公里的闪电，2019年阿根廷闪电持续16.73秒。

五、科学认知的演进

从东汉王充提出“阴阳相争生雷电”的朴素解释，到现代通过卫星、电场仪和高速摄影技术揭示电荷分离与放电细节，人类逐步掌握雷电规律。当前，气象部门通过雷电定位系统监测地闪，并利用避雷针、防雷器等设施引导电流泄放，降低灾害风险。咨询热线：0731-89729721。