雷电是如何发生的？

雷电自古以来便自带“流量”。古人曾认为“雷为天怒”，神话中也以“雷公”“电母”解释电闪雷鸣的存在；《论语》则要求人们遇到雷电时，要正襟危坐，以示虔诚……这些无不体现着先人对雷电这一现象的好奇与敬畏。

东汉王充专门对雷电开展研究，认为雷电是“一声一气”，当阴阳相争时，剧烈地对抗、摩擦，形成雷电。

从现代科学理论来看，雷电是一种自然现象，发生在积雨云中，当云中的电荷分布不均，电场强度达到一定程度时，便会产生放电现象。闪电可分为云闪（主要指发生在云内、云间或云与空气之间的闪电）和地闪（指打到地面上的闪电），总体上云闪与地闪的比例约为3:1。

这样看来，王充的理解已隐隐约约触碰到了雷电的本质，显示出先人从被动接受自然现象到主动解释自然规律的不断尝试。

关于雷电现象，公众感官上将其分为看到的“闪”和听到的“雷”。“闪”是巨大电流通过放电通道时释放能量产生的耀眼闪光。电流产生的加热效应导致周围空气迅速膨胀，形成冲击波，再经过空气传播，就成为我们听到的雷声。

雷声的种类与人类距离闪电远近有关，当距离较近时，雷声就是爆裂声；当距离较远，雷声就是隆隆声。雷声和闪电的形成是同步的，但是在大气中声速远远小于光速，这就会造成先看到闪光，后听到雷声的情况，因此可以根据这个时间差来估算闪电的距离。由此看来，“闪电”“雷电”“打雷”实际是一回事，本文根据上下文的语境选用。

此前，世界气象组织（WMO）公布了迄今为止探测到的跨度最长的闪电——2018年10月31日发生于巴西南部的一道闪电，横向跨度709公里，相当于从湖北武汉直接闪到了上海。WMO同时还公布了持续时间最久的闪电——2019年3月4日阿根廷北部的一道闪电持续了惊人的16.73秒。

晴天打雷是因为闪电放电过程是可以在空气中延伸的。有时，闪电的放电通道从积雨云中延伸出来，经过相对较长的距离，在上方没有下雨、甚至没多少云的位置击中地面，这也就是所谓的“晴天霹雳”了。因此，“晴天霹雳”并不是说在万里无云的天气中凭空发生一次雷击，而是指附近雷暴过程中的雷电通道延伸出云外。

对比之前的闪电分类，有时我们可以看到空中有闪电划过，但并未落地，这属于云闪；如果闪电最终击中了高楼大厦、房屋、树木等地面上的物体，就属于地闪。晴天霹雳和常见的雷电现象本质上是一样的，只是雷击位置不同而已。需要指出的是，在户外活动时，即使所处位置并未有狂风暴雨，但听到远处的雷声，也需要提高警惕，及早寻找合适的庇护场所，遵循防雷原则，确保安全。

构建成体系全方位的雷电监测系统

雷电精密监测是科学防范雷电灾害的关键一步，有助于更好地了解雷电的发生机制和发展规律，从而为防雷减灾工作提供科学依据。

目前，我国气象部门已经建立了雷电监测网络，主要包括国家雷电监测网和各地区组建的地区雷电监测网，覆盖全国大部分地区。

刘恒毅介绍，雷电的三维形态研究主要采用地面观测的方式，利用高精度闪电定位仪、专门的闪电相机等，观测雷电放电路径的三维形状及其变化情况；此外，利用计算机技术，可对雷电的发生发展过程进行数值模拟，从而研究闪电特定发展特征及其背后的物理机制。

闪电监测主要依靠对闪电发生时产生的电场、磁场、声音和光信号观测来实现。常见的设备有观测地面电场的大气电场仪，用于较大范围闪电定位观测的低频、甚低频闪电定位系统，用于精细闪电放电路径观测的甚高频闪电定位系统，用于雷暴日记录的人工或仪器观测，以及用于雷击事件记录的闪电光学观测等。

以全国范围的地闪定位系统为代表，它主要用于探测地闪的雷击位置、时刻和强度，并且能够区分正负极性。在此基础上，近年来我国闪电定位系统开始向全闪（能对云闪、地闪等闪电类型进行有效定位和区分）、三维（不仅能提供地闪接地位置，还能提供云闪放电空间三维分布）的方向升级。

有些地区还开始在一些重点区域布设具有闪电放电路径高精度观测能力的闪电定位系统。中国气象科学研究院雷电团队就拥有基于多种技术路线的闪电高精度定位技术。总体来说，我国的闪电定位技术处于国际先进水平。

人工引雷带来更多可能

人工引雷通过将雷电“引下来”开展直接观测，是研究和认识雷电的重要手段。每年雷电高发季，雷电相关领域的气象工作者就会奔赴中国气象局雷电野外科学试验基地，开展人工引雷试验。

人工引雷的原理主要是利用特制的火箭，将一根细长的金属导线拖拽到高空，形成类似上行闪电的物理过程。火箭接近带电云层的过程中，云层中的放电和火箭头部激发的放电会相向而行，发生连接并最终触发闪电。

自1977年首次成功开展人工引雷试验以来，经过近半个世纪的发展，我国这一技术已经相当成熟。目前，在特定气象条件下，我国的人工引雷试验成功率可达70%甚至更高，在国际上处于领先地位。

人工引雷技术的飞速发展，也为雷电为人所用带来更大可能。人工引雷可以在预知的时间、地点捕捉到真实的放电过程，获取直接的雷电流，近距离测量雷电放电参量。

其次，人工引雷技术可以用于雷电防护设施测试，例如对接闪器、引下线、接地电阻等电位连接和电涌保护器等关键防雷部件的检测和评估，以确保其符合规范要求，从而保障高建筑在雷电环境中的安全。

不过，虽然人工引雷可以引下雷电，但目前没有完全可靠的技术能够实现雷电能量的存储利用，这主要是由于闪电发生时间、地点、强度的随机性和不可控性，都会导致雷电能量的收集效率极低，且雷电的瞬时强功率特性，也使得能量收集技术难度非常大。