【摘 要】雷電是嚴重威脅人類生命財產安全的一大自然災害，要想科學地防御雷電災害，減少或防止它對人類生命財產安全造成的威脅，必須認真研究雷電發(fā)生規(guī)律、雷電危害種類、雷電危害機理、雷擊形式、雷暴天氣成因及消散等問題。

【關鍵詞】雷電危害；問題；探究

1.南陽雷電的發(fā)生規(guī)律

南陽市位于河南省西南部，因地處伏牛山以南、漢水以北而得名。南接湖北，西連陜西，三面環(huán)山，中部平坦，素稱“南陽盆地”，是一個相對獨立的地理單元?？偯娣e2.66萬平方公里，山區(qū)、丘陵、平原各約占1/3。大部分地區(qū)平均雷暴日數(shù)在29天以上，最多可達到50天以上，為多雷暴活動區(qū)，每年都有因雷擊而造成損失和傷亡的事故發(fā)生。南陽雷暴活動的季節(jié)性特點較強，一年四季均可以出現(xiàn)，但最集中出現(xiàn)在夏季（6-8月份），夏季雷暴日數(shù)占全年雷暴日數(shù)的60%以上；其次出現(xiàn)在春季和秋季，約占年雷暴日數(shù)的20%和10%；冬季出現(xiàn)雷暴的機率較小，且一般多出現(xiàn)在2月份。南陽雷暴開始和結束的時間各縣、各年之間的差異也很大。南陽雷暴最早出現(xiàn)的月份在1月份，而有的年份直到6月份才開始聞雷聲。就多年平均而言，雷暴平均開始時間“山區(qū)早于平原，山區(qū)一般始于3月份，平原一般多始于4月份，雷暴結束時間平均在9月份和10月份。據(jù)氣象資料統(tǒng)計我市最早雷暴初日出現(xiàn)在1月26日，最晚雷暴結束在12月21日。由此可見，我市雷暴在一年四季均可發(fā)生，只是在夏季特別集中，冬季較少而已。

2.雷電危害種類

雷電所造成的雷擊具有極大的破壞性，全球平均每年因雷擊災害造成的損失在10億美元以上，已成為國民經(jīng)濟發(fā)展的嚴重障礙。雷電災害主要包括：⑴雷擊造成人員傷亡，據(jù)不完全統(tǒng)計估算我國每年因雷擊傷亡超過一萬人，其中死亡3000人以上；⑵雷擊是森林火災的重要原因之一，不同地區(qū)的森林火災有30-70%是雷擊造成的，雷擊還同時破壞森林生態(tài)平衡；⑶即是有了接閃桿，雷擊建筑物、軍事設施、油庫等惡性事故仍然頻繁發(fā)生；⑷半個多世紀以來，雷擊事故一直是電力部門最重要的災禍之一，供電線路和設備都是雷電的襲擊對象；⑸隨著通訊現(xiàn)代化技術的發(fā)展，雷電破壞計算機網(wǎng)絡和通訊設施成為一種新的、快速增長的、破壞嚴重的災害，尤其對郵電、電信、金融、宣傳、廣播、電視、教育和其他信息傳播行業(yè)危害性更大；⑹雷電還威脅著航天、航空、火箭發(fā)射等事業(yè)。

3.雷電危害機理

3.1雷電的熱效應和機械效應

根據(jù)焦耳定律，閃電擊中地面物之后，很大的雷電流要在很短時間內通過被擊物，在雷電通道上產生局部瞬時高溫，這就是強大的閃電電流通過被擊的物體時產生的熱效應。高達6000-10000℃的瞬時高溫足以引起通道上的易燃物、樹木和木結構因高溫起火，即是小體積的金屬物、薄金屬板、粗大的鋼管等也會被融化；另一方面因為高溫產生的熱量來不及散發(fā)，導致被雷擊物體內的水分劇烈蒸發(fā)變?yōu)檎羝?，蒸汽迅速膨脹產生的機械效應可以使樹木劈裂。20世紀80年代以前的雷擊災害主要是閃電效應引起的，20世紀80年代以后，通訊、計算機、自動控制等技術飛速發(fā)展，雷電感應、高電位反擊越來越突出，尤其是新型設備和產品（如大規(guī)模集成電路接口和模塊）易遭雷擊損害，歸根到底，仍然是閃電的熱效應和機械效惹的禍。

3.2雷電的電動力效應

從物理學知道，兩根載流導體相互之間存在電磁力的作用，這就是電動力。由于雷電流的峰值很大，作用時間很短，它產生的電動力具有沖力特性，所以雷電的電動力效應有兩種破壞性：一種情況是在建筑物的鋼筋之間或引下線與接地體的連接端采用金屬綁扎，如因接觸面銹蝕等原因產生電火花，對易燃易爆物品場所是十分危險的，所以這種情況下應當焊接施工；另一種情況是拐彎的導體或金屬構件，如避雷引下線、避雷帶、樓頂?shù)母鞣N金屬構件等，在拐彎處將受到電動力作用，角度越小受到的電動力越大，在銳角情況下，有可能被電動力折斷，所以，盡可能避免用直角或銳角，不得已情況下，用弧形轉彎，即“軟連接”，并用機械固定法固定。

3.3雷電的沖擊波效應

閃電通道上的空氣受熱急劇膨脹，并以超聲速度向四周擴散，使外圍空氣被強烈壓縮形成“激波”，“激波”達到前后，空氣的密度、溫度、氣壓都發(fā)生突增突減，就像炸彈爆炸一樣，使附近的建筑物、構筑物遭破壞，人、畜遭受傷亡。它的強度與閃電電流大小密切相關。與“激波”相似，雷雨云放電后迅速收縮，云中形成稀疏區(qū)和壓縮區(qū)，它向外傳播形成次聲波，次聲波對人畜也有傷害作用。

3.4雷電反擊和雷電引入高電位

雷電放電發(fā)生瞬間，雷電流會在接受直擊雷的金屬體﹙如接閃器、引下線、接地體或建筑物金屬管道等導體﹚上產生很高的電位，而此時沒有閃電電流通過的建筑物、管道、線路、人體、設備等與大地等電位連接，即是電力線路上的電壓和雷電流產生的高電壓相比也是微不足道的，當兩者相距較近時，就可能發(fā)生放電，也叫閃絡放電，這種現(xiàn)象就稱為雷電反擊。當雷擊樹木時，樹木上的高電壓與它附近的建筑物、金屬物品、人畜等也會發(fā)生反擊。電子儀器、計算機等都要接地，這些地線與防雷接地線如果靠近埋設，防雷地線就可與其它地線發(fā)生反擊，于是這些地線會成為電壓很高的高壓端，與電源線之間的電勢關系反轉，足以擊壞各種電子器件和電器設備。另外，雷電引入高電位通常是指直擊雷或感應雷雷電流從供電電線、通訊電纜、天線等金屬導體進入建筑物內發(fā)生反擊而造成事故。

3.5雷電的電磁感應和靜電感應

由雷云引起的電磁感應和靜電感應所產生的雷擊統(tǒng)稱為感應雷，又稱為二次雷。當天空中出現(xiàn)帶電的雷云時，由于靜電感應，雷云下的地面及建筑物等都帶上與雷云相反的電荷，當雷擊發(fā)生以后，雷云上的電荷迅速通過閃擊與地面上的異種電荷中和消失，而地面某些局部地區(qū)的電荷由于散流電阻大，而不能在同樣短的時間內消失，這樣，就會形成局部地區(qū)的感應高電壓。這種感應高電壓對接地不良的電氣系統(tǒng)有強烈的破壞作用，常常擊毀電氣、電子等設備，在建筑物內部的金屬構架與接地不良的金屬器件之間易產生電火花，對于存放易燃易爆物品﹙如汽油、瓦斯、火藥﹚的廠房以及大量可燃性微粒飛揚的場所﹙如面粉廠、亞麻廠﹚有引起爆炸的危險。同時，當云與云或云與地之間發(fā)生放電時，由于強大的雷電流在瞬間發(fā)生急劇變化，在它周圍空間內產生強大變化的電磁場，處在這種電磁場中的導體會感應出較大的感應電動勢，形成很高的感應電壓﹙閉合導體則會產生感應電流﹚，以產生電火花，可以使易燃品著火，使易燃氣體爆炸。如果回路中有導體接觸不良，也會發(fā)熱釀成火災，如南陽卷煙廠倉庫存放著煙葉包，1995年7月15日在雷擊中因電磁感應使綁扎的煙葉包的鐵絲接觸點發(fā)熱產生火花，引起了火災。另外，這種雷電電磁感應和靜電感應產生的高電壓，可對其它物體發(fā)生閃擊，同時強烈的電磁脈沖也會使計算機等微電子產品和設備失效或毀壞，無線電收音機吱吱啦啦的噪音就是雷電所造成的。

3.6雷電產生的接觸電壓和跨步電壓

閃電沿著金屬架空物、大樹、避雷引下線等入地時，都會使流經(jīng)的途徑上產生電位降，這些物體的各部分相對于大地都有瞬間的高電壓，電壓大小取決于閃電電流和這些部位與大地之間的電阻。當人的手或身體任何部位與它們接觸時，身體接觸點與站在地面的雙腳之間就有了高電壓，這就是接觸電壓，可以將人擊死。例如經(jīng)常會聽說有人正在打電話時被雷擊死或麻痹，這就是雷電流沿電話線傳輸，握電話的手與站立的腳之間產生的接觸電壓。2004年長城雷擊事件，我們認為就是典型的接觸電壓造成雷擊死亡，當打手機人在長城上處于很高的位置時，手機處于頭部較高位置，手機大部分由金屬物制成，相當于接閃器，接到雷電后，電流沿身體經(jīng)過心臟導致人員死亡。而不是人們傳說的手機信號引雷的說法。當然因閃電電流的強弱和電話線路接地電阻大小和手機的外漏金屬的多少的不同，人受雷擊的程度也不同。另一方面，當雷電流傳入大地，在地表之下流動時，由于大地的電阻同樣要產生電位降，閃電入地點的電位最高，越遠處電位越低，雷電流幾乎為零的地方就是工程上講的零電位。當人兩腳分開站立時，兩腳之間就存在電壓，這種電壓叫跨步電壓，也可以產生雷擊，足以致命。人、畜在曠野里被雷擊多是跨步電壓的危害，由于人受跨步電壓雷擊時，電流從下肢傳輸，不經(jīng)過心臟和大腦，所以，弱一些的雷電跨步電壓還不至于擊死人；但是，牲畜是四腳著地，且前后腿距離大，跨步電壓大，雷電流經(jīng)過心臟，所以雷擊死牲畜的事件就很多。為盡量避免雷電產生的接觸電壓和跨步電壓對人的危害，各種引下線、接地線等都應當遠離人行通道和人們經(jīng)常出入的場所。

4.雷擊形式

通常所說的雷擊是指一部分帶電的云層與另一部分帶異種電荷的云層，或者是帶電的云層對大地之間的迅猛放電現(xiàn)象。帶電的云層對大地上某一點之間發(fā)生的放電現(xiàn)象，稱為直擊雷，即雷電直接擊中地面上的某一物體，如建筑物、人畜或其它物體等。

那么，什么是感應雷擊呢？由于雷電而引起的靜電感應和電磁感應所產生的雷擊統(tǒng)稱為感應雷，又稱為二次雷。一般來說，感應雷沒有直擊雷那么猛烈，但它發(fā)生的幾率比直擊雷高得多，危害性越來越大，越來越突出。因為直擊雷只有發(fā)生云對地閃擊時，才會對地面上的物體或人造成災害，而感應雷擊，不論雷云對地閃擊，或是雷云之間發(fā)生閃擊，都可能發(fā)生并造成災害。此外，直擊雷襲擊的范圍較小，而一次雷閃可以在比較大的范圍內多個小局部同時發(fā)生感應高電壓現(xiàn)象，并且這種感應高電壓可以通過電力線、電話線、各種饋線及信號線等金屬導線傳輸?shù)胶苓h，致使雷害范圍擴大。特別是進入20世紀80年代以后，大量的微電子設備及高集成化電子設備（如計算機、通訊設備及工業(yè)自動化系統(tǒng)）已廣泛應用。雷電具有高電壓、大電流和瞬時性特點，強大的閃電產生靜電場、電磁場和電磁輻射以及雷電波侵入、地電位反擊。其嚴重干擾無線通訊和各種電子設備的正常工作，在一定范圍內對微電子設備造成破壞。感應雷擊已成為雷電災害的主要方面。

5.雷暴天氣成因及消散

發(fā)生雷暴時，通常出現(xiàn)雷電、陣雨、陣風等天氣現(xiàn)象以及壓、溫、濕等氣象要素的變化，這些現(xiàn)象主要發(fā)生在雷暴云的成熟階段。雷電是由積雨云中冰晶“溫差起電”以及其它起電作用所造成的，一般當云頂發(fā)展到-20℃等溫線高度以上時，云中便有了足夠多的冰晶就會出現(xiàn)閃電和雷鳴，所以，第一次聞雷，表明云頂已達-20℃等溫線高度附近。一般來說，云中放電強度及頻繁程度與雷暴云的高度、強度有關，隨著云頂增高，閃電、雷鳴便愈益頻繁。根據(jù)雷電現(xiàn)象可以判斷雷暴強度。在雷暴云中，上升氣流最強區(qū)附近，一般有一大水滴累積區(qū)，當累積超過上升氣流承托能力時，便開始降雨。雷暴群和雷暴帶形成的降水區(qū)也成片狀或帶狀。由于下沉氣流水滴的蒸發(fā)，使下沉氣流幾乎保持飽和狀態(tài)。在雷暴云下形成一個近乎飽和的冷空氣堆，因其密度較大所以氣壓較高。當雷暴云向前移動時，云下的雷暴高壓也隨之向前移動。強雷暴系統(tǒng)既具有與一般雷暴相同的特征，又有其本身特有的特征。強雷暴強表現(xiàn)在系統(tǒng)中的垂直氣流強度以及垂直氣流的有組織程度和不對稱性。在強雷暴中，當其發(fā)展到一定階段時，會出現(xiàn)一個可以維持數(shù)小時之久的、近乎穩(wěn)定的、較大較強的以及高度有組織和不對稱的垂直環(huán)流。強雷暴可以按其結構特征劃分為不同的類型。常見的有超級單體風暴、多單體風暴和颶線等幾類。

當天空中有雷云的時候，因雷云帶有大量的電荷，由于靜電感應作用，雷云下方的地面和地面上的物體都帶上了與雷云相反的的電荷，這樣雷云與地面之間就形成了一個電場，成為一個大的電容器。當雷云與地面之間的電壓高達一定值的時候，地面上突出的物體就會比較明顯地放電，這就是通常說的“尖端放電”。同時，帶電的雷云在電場的作用下，少數(shù)帶電粒子也會向地面靠攏，形成電離的微弱通道，這一階段稱為先驅放電。先驅放電是不連續(xù)的，是一個一個脈沖地相繼向前發(fā)展，常常表現(xiàn)為分枝狀，這些分枝達到地面。當先驅放電達到地面或與大地的放電通道迎面會合以后，就開始主放電階段。在主放電中，雷云與大地之間所聚集的大量電荷通過先驅放電所開辟的狹小的電離通道發(fā)生猛烈的電離中和，放出巨大的能量，以致發(fā)出強烈的閃光和震耳的轟鳴，這就是雷暴消散的基本過程。

6.結束語

本文對南陽雷電發(fā)生規(guī)律、雷電危害種類、雷電危害機理、雷擊形式、雷暴天氣成因及消散問題進行了探究，這對提高雷電災害的預測、預報和防御能力的研究起著很重要的作用。由于本人的學識水平有限，對理論的研究還很欠缺，在今后的工作中會更加努力，為防御雷電災害做出應有的貢獻。以上論述不足之處敬請批評指正！

【參考文獻】

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