不管是直擊雷還是感應霄都與帶電的云層存在分不開,帶電的云層稱為雷云。有關雷云形成的假說很多,但至今尚未有-種被公認為無懈可擊的完整學說,這里我們只?紹其中被認為比較完善并經常被推薦的假說。
根據大量科學測試可知,地球本身就是一個電容器。通常大地穩定地帶負電荷50萬C左右,而地球上空存在一個帶正電的電離層,這兩者之間便形成一一個已充電的電容器,它們之間的電壓為300KV左右,并且場強為上正下負當地面含水蒸的空氣受到熾熱的地面烘烤受熱而上升,或者較溫暖的潮濕空氣與冷空氣相遇而被墊高都會產生向上的氣流。
這些含水蒸氣的上升氣流升時溫度逐漸下降形成雨滴、冰雹(稱為水成物), 這些水成物在地球靜電場的作用下被極化(如左圖),負電荷在上,正電荷在下,它們在重力作用下落下的速度比云滴和冰晶(這二者稱為云粒子)要大,因此極化水成物在下落過程中要與云粒子發生碰撞。
碰撞的結果足其中一部分云粒子被水成物所捕獲,增大了水成物的體積,另一部分未被捕獲的被反彈回去。而反彈回去的云粒子帶走水成物前端的部分正電荷,使水成物帶上負電荷。由于水成物下降的速度快。而云粒子下降的速度慢,因此帶正、負兩種電荷的微粒逐漸分離(這叫重力分離作用),如果遇到上升氣流,云粒子不斷上升,分離的作用更加明顯。最后形成帶正電的云粒子在云的上部,而負電的水成物在云的下部,或者帶負電的水成物以雨或雹的形式下降到地面。當上面所講的帶電云層一經形成,就形成雷云空間電場,空間電場的方向和地面與電離層之間的電場方向足一致的,都是上正下負,因而加強了大氣的電場強度,使大氣中水成物的極化更厲害、在上升氣流存在的情況下更加劇力分離作用,使雷云發展得更快。
從上面的分析,好像雷云總是上層帶正電荷,下層帶負電荷。實際上氣流并不單是只有上下移動,而比這種運動更為復雜。因此雷云電荷的分布也比上面講的要復雜得多。
根據科學工作者大量直接觀測的結果,典型的霄云中的電荷分布大體如右圖所示。左端是按理論歸納的理想模式,右面是雷云常見的電荷實際分布:
H一相對地面的高度; 1-水平距離; c-庫侖