“平地一声惊雷起”，你害怕的雷暴其实也是地球的功臣(2)

众所周知，对流层大气的温度随高度递减，在几公里高度上即可降至冰点，所以，湿热空气的对流抬升是形成云和雨的关键。地球表面受太阳辐射加热不均匀、冷气团和暖气团的交汇、气流遇地形阻挡爬升等，都可能形成对流抬升。若水汽充沛、对流旺盛，抬升形成的云可达几到十几公里厚，最终将降下倾盆大雨。
在高空零下十几到几十度的环境中，大量水成物粒子发生增长、碰撞、合并、分离等过程，是雷暴云起电的根源——大气对流的不稳定和能量的剧烈变动，使得雷暴系统内部存在复杂的气流运动，水汽凝结而成的小冰晶，随着气流运动和环境温度的变化，将发生花样百出的变身，形成雪晶、雪花、雹（如软雹、小雹粒、冰雹）等等。
此外，雷暴中还存在0度以下仍未结冰的“过冷水”。在复杂的气流中，它们之间的“摩擦”无可避免——于是，电就被“擦”了出来。
具体而言，在零下十几到几十度的环境中，冰、雪、雹等粒子的身姿体态和大小重量不尽相同，随气流运动的速度也就快慢有别，不同粒子间的碰撞就必然发生。
微观上，冰、雪、雹等粒子的碰撞和弹开，会发生细小的电荷转移，使不同粒子携带正、负相反的电荷；宏观上，不同粒子因密度、重量的差别而随气流分层聚集。形象地说，雷暴系统如同一台巨型抽揉摩擦设备，使原本中性的云体不断分离出正、负电荷——雷暴云被充电了！

△左：云中不同形态的冰晶、雹粒子（图片来源：华盛顿大学云和气溶胶研究科课题组，见专著《Atmospheric Science-An Introductory Survey》）右：水粒子碰撞和弹开形成电荷分离示意图（图片来源：Clive Saunders教授）
雷暴云在发展旺盛的过程中逐渐携带大量电荷，就像无处安放的愤怒，时刻等待着被释放，那些刮破天际的一道道闪光，是不同云层之间、或云与地之间电荷瞬间释放的桥梁。作为长距离、高电压、强电流的大气放电，雷电可产生很宽频段的强电磁辐射，覆盖无线电波、可见光乃至X射线和伽马射线频段。雷电通道的高温可达上万度，通道周围被瞬间加热膨胀的空气形成冲击波，发出轰隆隆的雷声。