雷電是伴有閃電和雷鳴的一種雄偉壯觀而又有點令人生畏的放電現(xiàn)象。雷電一般產(chǎn)生于對流發(fā)展旺盛的積雨云中，因此常伴有強烈的陣風(fēng)和暴雨，有時還伴有冰雹和龍卷風(fēng)。

積雨云頂部一般較高，可達20公里，云的上部常有冰晶。冰晶的凇附，水滴的破碎以及空氣對流等過程，使云中產(chǎn)生電荷。云中電荷的分布較復(fù)雜，但總體而言，云的上部以正電荷為主，下部以負電荷為主。因此，云的上、下部之間形成一個電位差。當(dāng)電位差達到一定程度后，就會產(chǎn)生放電，這就是我們常見的閃電現(xiàn)象。

閃電的的平均電流是3萬安培，最大電流可達30萬安培。閃電的電壓很高，約為1億至10億伏特。一個中等強度雷暴的功率可達一千萬瓦，相當(dāng)于一座小型核電站的輸出功率。放電過程中，由于閃電通道中溫度驟增，使空氣體積急劇膨脹，從而產(chǎn)生沖擊波，導(dǎo)致強烈的雷鳴。

帶有電荷的雷云與地面的突起物接近時，它們之間就發(fā)生激烈的放電。在雷電放電地點會出現(xiàn)強烈的閃光和爆炸的轟鳴聲。人們見到和聽到的閃電雷鳴是大氣中的一種自然現(xiàn)象。

雷電分直擊雷、電磁脈沖、球形雷、云閃四種。其中直擊雷和球形雷都會對人和建筑造成危害，而電磁脈沖主要影響電子設(shè)備，主要是受感應(yīng)作用所致；云閃由于是在兩塊云之間或一塊云的兩邊發(fā)生，所以對人類危害最小。

直擊雷就是在云體上聚集很多電荷，大量電荷要找到一個通道來泄放，有的時候是一個建筑物，有的時候是一個鐵塔，有的時候是空曠地方的一個人，所以這些人或物體都變成電荷泄放的一個通道，就把人或者建筑物給擊傷了。直擊雷是威力最大的雷電，而球形雷的威力比直擊雷小。

產(chǎn)生雷電的條件是雷雨云中有積累并形成極性。科學(xué)家們對雷雨云的帶電機制及電荷有規(guī)律分布，進行了大量的觀測和試驗，積累了許多資料，并提出各種各樣的解釋，有些論點至今還有爭論。

對流云初始階段的“離子流”假說

大氣中存在這大量的正離子和負離子，在云中的雨滴上，電荷分布是不均勻的，最外邊的分子帶負電，里層的帶正電，內(nèi)層比外層的電勢差約高0.25V。為了平衡這個電勢差，水滴就必須優(yōu)先吸收大氣中的負離子，這就使水滴逐漸帶上了負電荷。當(dāng)對流發(fā)展開始時，較輕的正離子逐漸的被上升的氣流帶到云的上部；而帶負電的云滴因為比較重，就留在了下部，造成了正負電荷的分離。

雷電

當(dāng)對流發(fā)展到一定階段，云體伸入0℃層以上的高度后，云中就有了過冷水滴、霰粒和冰晶等。這種由不同相態(tài)的水汽凝結(jié)物組成且溫度低于0℃的云，叫冷云。冷云的電荷形成和積累過程有如下幾種：

① 過冷水滴在霰粒上撞凍起電

在云層中有許多水滴在溫度低于0℃時也不會凍結(jié)，這種水滴叫過冷水滴。過冷水滴是不穩(wěn)定的，只要它們被輕輕地震動一下，就馬上凍結(jié)稱冰粒。當(dāng)過冷水滴與霰粒碰撞時，會立即凍結(jié)，這叫撞凍。當(dāng)發(fā)生撞凍時，過冷水滴外部立即凍成冰殼，但它的內(nèi)部仍暫時保持著液態(tài)，并且由于外部凍結(jié)放的潛熱傳到內(nèi)部，其內(nèi)部液態(tài)過冷水的溫度比外面的冰殼高。溫度的差異使得凍結(jié)的過冷水滴外部帶上正電，內(nèi)部帶上負電。當(dāng)內(nèi)部也發(fā)生凍結(jié)時，云滴就膨脹分裂，外表皮破裂成許多帶正電的冰屑，隨氣流飛到云層上部，帶負電的凍滴核心部分則附在較重的霰粒上，使霰粒帶負電并留在云層的中下部。

② 冰晶與霰粒的摩擦碰撞起電

霰粒是由凍結(jié)水滴組成的，成白色或乳白色，結(jié)構(gòu)比較松脆。由于經(jīng)常有冷水滴與它撞凍并釋放潛熱，它的溫度一般比冰晶高。在冰晶中含有一定量的自由離子（OH-和H+），離子數(shù)隨溫度升高而增多。由于霰粒與冰晶接觸部分存在著溫度差，高溫端的自由離子必然要多于低溫端，因而離子必然從高溫端向低溫端遷移。離子遷移時，帶正電的氫離子速度較快，而帶負電的較重的氫氧根離子則較慢。因此，在一定時間內(nèi)就出現(xiàn)了冷端氫離子過剩的現(xiàn)象，造成了高溫端為負，低溫端為正的電極化。當(dāng)冰晶與霰粒接觸后，又分離時，溫度較高的霰粒就帶上了負電，而溫度較低的冰晶就帶上了正電。在重力和上升氣流的作用下，較輕的帶正電的冰晶集中到云的上部，較重的帶負電的霰粒則停留在云層的下部，因而造成了冷云的上部帶正電而下部帶負電。

③ 水滴因含有稀薄鹽分而起電

出了上述冷云的兩種起電機制外，還有人提出了由于大氣中水滴含有稀薄鹽分而產(chǎn)生起電機制。當(dāng)云滴凍結(jié)時，冰的晶格中可以容納負的氯離子，卻排斥正的鈉離子。因此，水滴凍結(jié)的部分帶負電，而未凍結(jié)的部分帶正電(水滴凍結(jié)時是從里向外進行的)。由于水滴凍結(jié)而成的霰粒在下落的過程中，摔掉表面還未來得及凍結(jié)的水分，形成許多帶正電的小云滴，而凍結(jié)的核心部分則帶負電。由于重力和氣流的分選作用，電正點的小滴被帶到云的上部，而帶負電的霰粒則停留在云的中、下部。

在熱帶地區(qū)，有一些云整個云體都位于0℃以上區(qū)域。因而只含有水滴而沒有固態(tài)水粒子。這種云叫暖云或水云。暖云也會出現(xiàn)雷電現(xiàn)象。在中緯度地區(qū)的雷暴云，云體位于0℃等溫線一下的部分，就是云的暖區(qū)。在云的暖區(qū)里也有起電過程發(fā)生。

在雷雨云的發(fā)展過程中，上述機制在不同的發(fā)展階段分別起作用。但是，最主要的帶電機制還是由于水滴凍結(jié)造成的。大量觀測事實表明，只有當(dāng)云頂呈現(xiàn)纖維狀，絲縷結(jié)構(gòu)時，云彩發(fā)展成為雷雨云。飛機觀測發(fā)現(xiàn)，雷雨云中存在以冰、雪晶和霰粒為主的大量云粒子，而且大量電荷的積累即雷雨云迅猛帶電機制，必須依靠霰粒生長過程的碰撞、撞凍和摩擦等才能發(fā)生。

 暴風(fēng)云通常產(chǎn)生電荷，底層為陰電，頂層為陽電，而且還在地面產(chǎn)生陽電荷，如影隨形地跟著云移動。陽電荷和陰電荷彼此相吸，但空氣卻不是良好的傳導(dǎo)體。陽電奔向樹木、山丘、高大建筑物的頂端甚至人體之上，企圖和帶有陰電的云層相遇；陰電荷枝狀的觸角則向下伸展，越向下伸越接近地面。最后陰陽電荷終于克服空氣的阻障而連接上。巨大的電流沿著一條傳導(dǎo)氣道從地面直向云涌去，產(chǎn)生出一道明亮奪目的閃光。一道閃電的長度可能只有數(shù)千米，但最長可達數(shù)百千米。

閃電的溫度，從攝氏一萬七千度至二萬八千度不等，也就是等于太陽表面溫度的3~5倍。閃電的極度高熱使沿途空氣劇烈膨脹?？諝庖苿友杆?，因此形成波浪并發(fā)出聲音。閃電距離近，聽到的就是尖銳的爆裂聲；如果距離遠，聽到的則是隆隆聲。你在看見閃電之后可以開動秒表，聽到雷聲后即把它按停，然后以3來除所得的秒數(shù)，即可大致知道閃電離你有幾千米。

 閃電通常分為無聲放電和閃電兩類。閃電本身又可以分為片狀閃電、線狀閃電、鏈形閃電和球形閃電等。

最常出現(xiàn)的一種無聲放電是被叫做“愛爾馬圣火”的。由于暴風(fēng)雨等原因，大氣中的電場強度大大地增長起來，在地球表面的突出物體附近，電場強度很容易達到30kV/cm的強度，導(dǎo)致在突出部分發(fā)生靜寂放電。這是一種并非雷云與大地間放電和沒有雷聲的閃光現(xiàn)象，實際上就是尖端電暈放電。放電時，突出物周圍會呈冒煙狀或光膜狀的放電現(xiàn)象。當(dāng)電場強度很強時，就會形成單獨束狀放電，由物體周圍放射出來。這種放電現(xiàn)象對電訊系統(tǒng)有干擾。

片狀閃電是出現(xiàn)在云的表面上的閃光，它有時可能是被云塊遮沒的火花閃電的延光，也可能是在云的上部發(fā)出來的叢集的、若隱若現(xiàn)的一種特殊的放電作用的光。這種閃電，表示云中電場的能量雖然已經(jīng)足夠產(chǎn)生放電作用，但是新加入的電量卻太少，以致在閃爍放電尚未轉(zhuǎn)變到火花（線狀）放電以前，原有的儲電量已經(jīng)用完了。僅僅伴隨有片狀閃電的雷暴是屬于弱的一類，對電力系統(tǒng)一般只會引進不大的感應(yīng)過電壓。

線狀閃電一般都是一種蜿蜒曲折枝義縱橫的巨型電氣火花，長2-3公里，也有長達10公里的，是閃電中最強烈的一種，對電力、電訊系統(tǒng)及人畜和建筑物等威脅最大。當(dāng)雷云與大地間或雷云相互間的電場強度由于游離電荷的逐漸累積而增長到足以使空氣絕緣破壞的強度（最高時可達100kV/m）時，就會產(chǎn)生種強烈的放電現(xiàn)象，在放電的瞬間具有極大的能量，電壓可以積累到1,000-100,000kV以上，放電電流可高達數(shù)十萬安培，而放電時間只不過千分之幾秒。線狀閃電大多是雷云與大地間的放電，但也有的是雷云之間的放電。這種閃電可以同時擊在不同的地方，一般分為前導(dǎo)放電和主放電等階段。在大多數(shù)情況下（約50-70%以上），雷云與大地間的放電過程不是單一的而是多重的，也就是說由若干個先后在同一通道上發(fā)展的單一的放電所組成。重復(fù)放電的數(shù)目一般為1-27次，單次放電的延續(xù)時間一般為0.001~0.02秒，各次放電的間隔時間為0.01~0.05秒。

鏈形閃電比較罕見，是一條發(fā)光的虛線，像一條鏈子一樣，在云與大地間放電或云與云間放電時均可能出現(xiàn)。似乎是介于線狀閃電與球形閃電之間的一種過渡形式。

球形閃電是最奇妙、最罕見和最神秘莫測的一種閃電，由拳頭般大小到足球那樣大的球形發(fā)光體所組成，活動速度不大，可以看到移動，它走的路徑極不規(guī)則，往往與風(fēng)向一致，它出現(xiàn)時，常有尖哨聲或嗡嗡聲，有時會安然地消失，但有時也會發(fā)生可怖的爆炸。它消失時，往往留下具有刺激性的輕煙霧。球形閃電存在的時間可由幾秒到幾分鐘，它能在一個地方停留一些時候，一面冒煙，一面發(fā)出火花，目前，國際上對于球形閃電也還沒有很完善的解釋，科學(xué)家們?nèi)栽谘芯恐小?/p>

閃電除了是一種明亮的電氣火花以外，同時還伴有強大的響聲，這就是雷聲。

雷聲的大小與閃電的強弱相應(yīng)，雷不僅僅是由于空氣在溫度高達18000℃左右的閃電渠道中因突然而強烈的受熱和隨之而起的急速冷卻，致空氣因急速膨脹和壓縮的振動而發(fā)生的響聲；同時雷也是水和空氣在高電壓（火花）的作用下分解所產(chǎn)生的瓦斯爆炸時發(fā)出的聲音。由于爆炸波的特性、多次放電和聲音來回反射等關(guān)系，雷聲隆隆不絕。云間放電時，雷聲延續(xù)的時間比云與大地間放電的時間短。一般一次閃電的雷聲平均延續(xù)時間約30-40秒，在個別場合下可達到1分鐘。

每時每刻世界各地大約正有1800個雷電交作在進行中。它們每秒鐘約發(fā)出600次閃電，其中有100次襲擊地球。

烏干達首都坎帕拉和印尼的爪哇島，是最易受到閃電襲擊的地方。據(jù)統(tǒng)計，爪哇島有一年竟有300天發(fā)生閃電。而歷史上最猛烈的閃電，則是1975年襲擊津巴布韋鄉(xiāng)村烏姆塔里附近一幢小屋的那一次，當(dāng)時死了21個人。

在任何給定時刻，世界上都有1800場雷雨正在發(fā)生，每秒大約有100次雷擊。在美國，雷電每年會造成大約150人死亡和250人受傷。全世界每年有4000多人慘遭雷擊。在雷電發(fā)生頻率呈現(xiàn)平均水平的平坦地形上，每座300英尺高的建筑物平均每年會被擊中一次。每座1200英尺的建筑物，比如廣播或者電視塔，每年會被擊中20次，每次雷擊通常會產(chǎn)生6億伏的高壓。

每個從云層到地面的閃電實際上包含了在60毫秒間隔內(nèi)發(fā)生的3到5次獨立的雷擊，第一次雷擊的峰值電流大約為2萬安培，后續(xù)雷擊的峰值電流減半。最后一次雷擊之后，可能會有大約150安培的連續(xù)電流，持續(xù)時間達100毫秒。

經(jīng)測量，這些雷擊的上升時間大約為200納秒或者更快。通過2萬安培和200納秒，不難計算得到dI/dt的值是每秒10^11安培。

長期以來，雷電一直以直擊雷的形式給人類及地球上的生物以及人類文明帶來災(zāi)難性的打擊。雷電災(zāi)害已被聯(lián)合國有關(guān)部門列為最嚴重的十種自然災(zāi)害之一，被中國電工委員會稱為“電子時代的一大公害”。

雷電產(chǎn)生的高溫、猛烈的沖擊波以及強烈的電磁輻射等物理效應(yīng)，使其能在瞬間產(chǎn)生巨大的破壞作用。常常會造成人員傷亡，擊毀建筑物、供配電系統(tǒng)、通信設(shè)備、引起森林火災(zāi)，造成計算機信息系統(tǒng)中斷、倉儲、煉油廠、油田等燃燒甚至爆炸，危害人民財產(chǎn)和人身安全，對航空航天等運載工具也威脅很大。

據(jù)統(tǒng)計，閃電的受害者有2／3以上是在戶外受到襲擊。他們每3個人中有兩個幸存。在閃電擊死的人中，85%是女性，年齡大都在10歲至35歲之間。死者以在樹下避雷雨的最多。

中國是一個多自然災(zāi)害的國家，跟地理位置有著不可分割的關(guān)系，雷電災(zāi)害在中國也有不少，最為嚴重的是廣東省以南的地區(qū)，東莞、深圳、惠州一帶的雷電自然災(zāi)害已經(jīng)達到世界之最，這些地方也是因為大氣層位置比較偏低所造成的影響。廣東東莞雷電災(zāi)害嚴重，雷電所帶來的經(jīng)濟虧損在夏季5-8月之間，東莞當(dāng)季的GDP比例虧損度接近6%，上千萬的經(jīng)濟虧損，也是一大嚴重的自然災(zāi)害多發(fā)區(qū)域。多起雷電傷人事件在東莞地區(qū)每年都會發(fā)生，達到了全世界雷擊人事件最頻繁，最多的地區(qū)。在中國，乃至全世界的雷電受災(zāi)重區(qū)之一。

現(xiàn)代防雷技術(shù)原則強調(diào)全方位防護，綜合治理、層層設(shè)防，把防雷看做是一個系統(tǒng)工程。主要有以下五個防雷措施：

1、搭接，或稱為均衡連接、等電位連接。就是把各種金屬物用粗的銅導(dǎo)線焊接起來，或者把它們直接焊接起來，以保證等電位。等電位連接是防雷措施中極為關(guān)鍵的一項。完善的等電位連接，還可以消除因地電壓驟然升高而產(chǎn)生的“反擊”現(xiàn)象，這在微波站天線塔遭遇到雷擊后是常常遇到的。

2、傳導(dǎo)，即避雷針裝置。避雷針就是一個接地的金屬裝置，高端比建筑物頂端更高，吸引閃電，把閃電的強大電流傳導(dǎo)到大地中去，從而防止閃電電流經(jīng)過建筑物。避雷針雖然能保護建筑物，但陰道入地的導(dǎo)線流有巨大電流，會產(chǎn)生電磁場，也可以損害設(shè)備，所以該措施必須與其他防雷措施廉靜兒起來，才是完全之策。

3、分流。把凡是從室外來的導(dǎo)線（包括電力電源線、電話線、信號或者這類電纜的金屬外套等）都要并聯(lián)一種避雷器至接地線。不僅入戶處，在每個需要作防雷保護的一起設(shè)備的機殼處都要裝。作用是把沿著導(dǎo)線傳入的雷電波在避雷器處經(jīng)避雷器分流入地，也就是類似把雷擊電流的所有入侵道路堵截，而且不是一級堵截，可以多節(jié)堵截。

4、接地。前面三個措施，都涉及到閃電能量瀉放入地，所以接地是前三個措施的基礎(chǔ)，接地的妥當(dāng)與否，成為歷來防雷技術(shù)中特別受重視的項目。它又是最費工、費錢、費力的防雷措施，是防雷工程的重點和難點。

5、屏蔽。就是用金屬網(wǎng)、箔、殼、管等導(dǎo)體把需要保護的對象包圍起來，從屋里上說，就是把閃電的脈沖電磁場從空間入侵的通道阻隔起來，力求無縫隙可鉆。各種屏蔽都必須妥善接地。以上這五項措施是一個有機聯(lián)系的整體防衛(wèi)體系，全面措施才能達到萬無一失的效果。

除對建筑物等固定地方的防護外，人類自身的防護也是非常重要的，日常預(yù)防雷電的措施有以下方面：

1、留在室內(nèi)并關(guān)好門窗，在室外工作的人應(yīng)躲入建筑物內(nèi)。

2、不宜使用無防雷措施或防雷措施不足的電視、音響等電器，不宜使用水龍頭。

3、切勿接觸天線、水管、鐵絲網(wǎng)、金屬門窗、建筑物外墻，遠離電線等帶電設(shè)備或其他類似金屬裝置。

4、減少使用電話和手機。

5、切勿有用或從事其他水上運動或活動，不宜進行室外球類運動，如遇雷電應(yīng)立即離開水面以及其他空曠的場地，尋找地方躲避。

6、切勿站立于山頂、樓頂或接近導(dǎo)電性高的物體。

7、切勿處理開口容器盛載的易燃物品。

8、在曠野無法躲入有防雷設(shè)施的建筑物內(nèi)時，應(yīng)遠離樹木和桅桿。

9、在空曠場地不宜打傘、不宜把鋤頭、鐵鍬、羽毛球拍、高爾夫球桿等扛在肩上。

10、不宜進入無防雷設(shè)施的臨時棚戶、崗?fù)せ虻桶ㄖ?/p>

11、不宜開摩托車、騎自行車。

由中國科學(xué)院研究員、國際宇航科學(xué)院院士在國際上首次提出了通過消除雷擊危險性，使保護目標(biāo)不再遭受雷擊的新一代避雷技術(shù)，稱為“智能避雷技術(shù)” 。以原中國科學(xué)院空間中心電學(xué)組專家團隊，經(jīng)過十多年的潛心研究開發(fā)，從理論分析、模擬計算、實驗測試、模型實驗、工程實用化研究、外場實驗等各個角度和方法的研究，都證明了這一技術(shù)的合理性和可行性。期間經(jīng)多次大小各類專家會議的評審鑒定，得到充分肯定，被譽為“21世紀防雷事業(yè)的曙光” 。

雷電次數(shù)——當(dāng)雷暴進行時，隆隆的雷聲持續(xù)不斷，若其間雷聲的時間間隔小于15分鐘時，不論雷聲斷續(xù)傳播的時間有多長，均算作是一次雷暴；若其間雷聲的停息時間在15分鐘以上時，就把前后分作是兩次雷暴。

雷電小時——就是說在該天文小時內(nèi)發(fā)生過雷暴，更通俗些說是在這個時間里曾聽到過雷聲而不論雷暴持續(xù)時間的長短如何。某一地區(qū)的"年雷電小時數(shù)"也就是說該地區(qū)一年中有多少個天文小時發(fā)生過雷暴，而不管在某一小時內(nèi)雷暴是足足繼續(xù)了一小時之久，還是只延續(xù)了數(shù)分鐘。

雷暴日數(shù)——也叫做雷電日數(shù)。這是我們所最熟悉的。只要在這一天內(nèi)曾經(jīng)發(fā)生過雷暴，聽到過雷聲，而不論雷暴延續(xù)了多長時間，都算作一個雷電日。"年雷電日數(shù)"等于全年雷電日數(shù)的總和。

雷暴月數(shù)——也叫做雷電月數(shù)，即指在這一個月內(nèi)曾發(fā)生過雷暴。"年雷暴月數(shù)"也就是指一年中有多少個月發(fā)生過雷暴。

 閃電和雷聲是同時發(fā)生的，但它們在大氣中傳播的速度相差很大，因此人們總是先看到閃電然后才聽到雷聲。光每秒大約能走30萬公里，而聲音只能走 340米。根據(jù)這個現(xiàn)象，我們可以從看到閃電起到聽到雷聲止，這一段時間的長短，來計算閃電發(fā)生處離開我們的距離。假如閃電在西北方，隔10秒聽到了雷聲，說明這塊雷雨距離我們約有3400米遠。

閃電距離近，聽到的就是尖銳的爆裂聲；如果閃電距離遠，聽到的則是隆隆聲。你在看見閃電之后可以開動秒表，聽到雷聲后即把它按停，然后以3來除所得的秒數(shù)，即可大致知道閃電離你有幾千米。如時差為3秒，則閃電在一千米外