哈嘍,大家好~~~我是小編田甜，關(guān)于雷的形成原理是什么，雷的形成這個(gè)很多人還不知道,那么現(xiàn)在讓田甜帶著大家一起來(lái)看看吧！

1、雷定義為伴隨閃電而產(chǎn)生的聲輻射。

2、廣義而言，雷與雷暴周圍大氣的所有流體動(dòng)力學(xué)性質(zhì)有關(guān)。

3、雷可分為兩部分。

4、一是人耳可以聽(tīng)到的聲能量，稱為雷聲，二是次聲，頻率低于人耳能夠聽(tīng)到的雷聲，通常在幾十赫茲以下。

5、一般認(rèn)為這兩種雷所對(duì)應(yīng)的物理機(jī)制不同。

6、可以聽(tīng)到的雷聲被認(rèn)為是加熱的閃電通道的迅速擴(kuò)張而引起的，而次聲則被認(rèn)為是當(dāng)閃電使云中的電場(chǎng)迅速減少時(shí)儲(chǔ)存在雷暴云靜電場(chǎng)中的能量轉(zhuǎn)換而產(chǎn)生的。

7、 實(shí)際上有關(guān)雷的研究大部分都是早期的工作，有關(guān)的評(píng)述可以參考Uman（1987），Hill（1977，1979），F(xiàn)ew（1974，1975，1981）的有關(guān)著作。

8、本書(shū)只給出較粗略的描述。

9、 雷聲及其產(chǎn)生機(jī)制 對(duì)于雷的描述已經(jīng)有兩千多年的歷史，但是直到1963年Malan（1963）才第一次使用現(xiàn)代術(shù)語(yǔ)描述了近處雷電發(fā)出的聲音。

10、之后Latham（1964）， Nakano and Takeuti（1970）以及Uman and Evans（1977）都對(duì)雷聲進(jìn)行了實(shí)際測(cè)量。

11、對(duì)雷聲的普遍描述是：當(dāng)閃電打在距觀測(cè)者100m以內(nèi)時(shí)，出現(xiàn)的聲音首先為“咔”聲，然后象抽鞭子般的噼啪聲，最后變成雷特有的持續(xù)隆隆聲。

12、Malan（1963）認(rèn)為“咔”聲是由地面向上的主連接先導(dǎo)放電造成的。

13、噼啪聲由離觀測(cè)者最近的回?fù)敉ǖ啦糠之a(chǎn)生的沖擊波所引起。

14、隆隆聲則來(lái)自于彎曲放電通道的較高部位。

15、而當(dāng)閃擊點(diǎn)離觀測(cè)者數(shù)百米遠(yuǎn)時(shí)，在第一聲炸雷（clap）發(fā)生之前，人耳聽(tīng)到的第一聲類似于撕布的聲音，這種聲音持續(xù)近一秒鐘，接著出現(xiàn)響亮的炸雷。

16、這種撕布的聲音起源于（1）垂直的放電通道，其長(zhǎng)度與距觀測(cè)者距離相仿。

17、（2）由地面向上的多個(gè)連接先導(dǎo)過(guò)程。

18、Hill（1977）曾經(jīng)從Remillard（ 1960）總結(jié)出的有關(guān)雷的十二條事實(shí)中選擇了其中 最主要的七個(gè)： (1) 云地閃電通常產(chǎn)生最響的雷。

19、 (2) 在超過(guò)十英里左右的距離外偶爾才能聞雷。

20、 (3) 用看到閃電與聽(tīng)到第一次雷聲之間的時(shí)間間隔可以估計(jì)閃擊距離。

21、 (4) 大氣湍流能減小雷的可聞度。

22、 (5) 緊接強(qiáng)烈雷鳴之后，常有傾盆大雨。

23、 (6) 雷聲的強(qiáng)度似乎一地不同于另一地。

24、 (7) 當(dāng)隆隆聲持續(xù)時(shí)，雷的音調(diào)變深沉。

25、 眾所周知，由于聲音在空氣中的傳播速度約為330m/s，而光的傳播速度為3×108m/s,通道發(fā)展速度在105m/s以上。

26、因此，利用聲音與光到達(dá)觀測(cè)者的時(shí)間差可以大致估算距觀測(cè)者最近的閃電通道離開(kāi)觀測(cè)者的距離。

27、例如，如果到達(dá)觀測(cè)者的聲光差為10s，則距觀測(cè)者最近的閃電通道離開(kāi)觀測(cè)者的距離為330m/s×10s=3.3km。

28、這種方法在野外觀測(cè)中是經(jīng)常使用的。

29、 那么，雷是如何形成的呢：普遍接受的雷聲成因理論認(rèn)為，人耳可以聽(tīng)到的雷聲起源于閃電通道的初始迅速膨脹引發(fā)的高壓沖擊波，它在遠(yuǎn)距離上退化成為聲波。

30、對(duì)回?fù)敉ǖ赖墓庾V分析認(rèn)為，在不到10μs的時(shí)間內(nèi)回?fù)敉ǖ罍囟葘⑦_(dá)到30000K。

31、由于沒(méi)有足夠的時(shí)間使得通道的粒子濃度發(fā)生顯著改變，因此通道的壓力將由于溫度的升高而迅速增加。

32、在前5μs內(nèi)平均的通道壓力可以達(dá)到10個(gè)巴。

33、這樣一個(gè)通道過(guò)壓將會(huì)導(dǎo)致強(qiáng)烈的沖擊波使得通道迅速膨脹。

34、 Abramson等（1947）最先從理論上指出，當(dāng)氣體中發(fā)生火花擊穿和增溫時(shí)，則會(huì)出現(xiàn)等離子體的突然膨脹，并伴有沖擊波。

35、在此基礎(chǔ)上，發(fā)展了一種解析方法來(lái)解這種沿?zé)o限窄的線源、瞬時(shí)釋放能量的理想情況下的流體動(dòng)力學(xué)問(wèn)題。

36、這種解析方法隨后又被Drabkina（1951）推廣到在擊穿通道中逐漸聚集能量的情況。

37、以后這一理論又被Braginskii（ 1958）進(jìn)一步推廣并應(yīng)用到閃電的情況。

38、Sakurai（1953）和Lin（ 1954）給出了沿?zé)o限窄線源瞬時(shí)釋放能量的類似的解析解。

39、 完善描述閃電通道的增長(zhǎng)要涉及許多因素，例如輻射傳輸、主回?fù)綦娏髑巴ǖ乐械某跏紬l件、輸人電流的時(shí)間分布、通道等離子體中電能向熱能的轉(zhuǎn)換、通道的耗損等物理特性以及通道的長(zhǎng)度和彎曲情況等幾何特性。

40、雖然Troutman（1969），Colgate 和McKee（1969），Hill（1971），Plooster（1971a）以及Few（1969，1981）都曾嘗試著論述了更接近閃電通道情況的通道增長(zhǎng)問(wèn)題，但是至今所有的處理方法都只考慮初始能量在圓柱體中對(duì)稱分布的情況，還沒(méi)有模擬真實(shí)的彎曲閃電通道的嘗試。

41、不過(guò)，對(duì)有限大小的線源，所有的結(jié)果都證實(shí)了當(dāng)閃電通道每單位長(zhǎng)度中聚集極高的能量時(shí)，要產(chǎn)生過(guò)壓強(qiáng)沖擊波。

42、 Few（1969，1981）提出，雷的功率譜具有球?qū)ΨQ的膨脹沖擊波特征。

43、假定行為如同“點(diǎn)源”的一小段通道的平均長(zhǎng)度等于3/4倍通道的特征半徑R0，則R0=（En/πP0）1/2，這里En是每單位長(zhǎng)度通道中的能量耗散，P0是環(huán)境壓力。

44、功率譜極大值的頻率fm＝0.63C0（P0/E），這里C0是聲速。

45、 雖然對(duì)閃電產(chǎn)生的沖擊波的傳播尚未進(jìn)行足夠的實(shí)驗(yàn)，但Holmes et al.(1971a), Dawson et al.(1968)以及Uman et al.(1970)對(duì)實(shí)驗(yàn)室長(zhǎng)火花放電產(chǎn)生的沖擊波衰減進(jìn)行了測(cè)量，實(shí)驗(yàn)基本上證實(shí)了上述Few的沖擊波理論。

46、 與產(chǎn)生上述可聽(tīng)見(jiàn)雷聲的熱通道機(jī)制不同，次聲可能與閃電使云電荷的分布改變后引起的云內(nèi)靜電場(chǎng)的張弛有關(guān)(Few, 1985)。

47、實(shí)際上到目前為止，盡管對(duì)這兩種過(guò)程的產(chǎn)生機(jī)理有物理模式進(jìn)行描述，但是這兩類機(jī)制的直接證據(jù)是什么，這兩類機(jī)制對(duì)觀測(cè)到的雷的壓力變化的貢獻(xiàn)如何等等，仍然沒(méi)有解決。

48、 利用雷聲對(duì)閃電通道的重構(gòu) 如果不在一條直線上的三個(gè)或三個(gè)以上的話筒同時(shí)記錄到了一次雷聲的主要特征，則可以利用到達(dá)每一個(gè)話筒的聲光差來(lái)確定聲源的位置。

49、通常有兩種不同的方法。

50、比較準(zhǔn)確的方法是線狀跟蹤法（ray tracing），它可以給出一次雷聲事件中的多個(gè)聲源點(diǎn)，從而可對(duì)閃電的放電通道進(jìn)行重構(gòu)。

51、這種方法中，話筒之間距離相對(duì)較近，一般為幾十米。

52、利用聲波的主要特征到達(dá)每一個(gè)話筒的時(shí)間差可以確定入射聲波的方向，再利用閃電到達(dá)話筒陣的聲光差對(duì)方向射線進(jìn)行數(shù)學(xué)回歸則可以確定放電源的位置。

53、使用這一方法對(duì)閃電放電通道的重構(gòu)技術(shù)可以參看Few and Teer(1974), Nakano（1976）和MacGoman et al.（1981）的文章。

54、 聲定位的另一種方法被稱為雷測(cè)距（thunder ranging），這種方法中三個(gè)話筒相距較遠(yuǎn)，一般在公里量級(jí)，測(cè)得的位置一般誤差較大。

55、按照Few（1981）的理論，聲信號(hào)到達(dá)相距100m以上距離的兩個(gè)話筒時(shí)由于傳播路徑的不同將變?yōu)椴幌嚓P(guān)的，但是一些粗略的特征在相距公里量級(jí)的兩個(gè)話筒上仍然具有相關(guān)性。

56、對(duì)于炸雷而言，到達(dá)一個(gè)測(cè)站的聲光差可以用來(lái)確定一個(gè)可能源位置的球面。

57、三個(gè)話筒得到的三個(gè)球面相交的點(diǎn)則是炸雷發(fā)生位置。

58、利用這種方法對(duì)閃電通道的重構(gòu)可以參看Uman et al.（1978）的文章。

本文分享完畢，希望對(duì)大家有所幫助哦。

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