雷电灾难雷电发生的频率与特性

雷电灾难特性

在任何给定时刻，世界上都有1800场雷雨正在发生，每秒大约有100次雷击。在美国，雷电每年会造成大约150人死亡和250人受伤。全世界每年有4000多人惨遭雷击。在雷电发生频率呈现平均水平的平坦地形上，每座300英尺高的建筑物平均每年会被击中一次。每座1200英尺的建筑物，比如广播或者电视塔，每年会被击中20次，每次雷击通常会产生6亿伏的高压。

每个从云层到地面的闪电实际上包含了在60毫秒间隔内发生的3到5次独立的雷击，第一次雷击的峰值电流大约为2万安培，后续雷击的峰值电流减半。最后一次雷击之后，可能会有大约150安培的连续电流，持续时间达100毫秒。

经测量，这些雷击的上升时间大约为200纳秒或者更快。通过2万安培和200纳秒，不难计算得到dI/dt的值是每秒10^11安培！

雷电灾难相关案例

1975年袭击津巴布韦乡村乌姆塔里附近一幢小屋的雷暴，导致当时死了21个人。

就在你阅读这篇文章的时候，世界各地大约正有1800个雷电交作在进行中。它们每秒钟约发出600次闪电，其中有100次袭击地球。

乌干达首都坎帕拉和印尼的爪哇岛，是最易受到闪电袭击的地方。据统计，爪哇岛有一年竟有300天发生闪电。而历史上最猛烈的闪电，则是1975年袭击津巴布韦乡村乌姆塔里附近一幢小屋的那一次，当时死了21个人。

曲折开叉的普通闪电称为枝状闪电。枝状闪电的通道如被风吹向两边，以致看来有几条平行的闪电时，则称为带状闪电。闪电的两枝如果看来同时到达地面，则称为叉状闪电。

闪电在云中阴阳电荷之间闪烁，而使全地区的天空一片光亮时，那便称为片状闪电。

未达到地面的闪电，也就是同一云层之中或两个云层之间的闪电，称为云间闪电。有时候这种横行的闪电会行走一段距离，在风暴的许多公里外降落地面，这就叫做“晴天霹雳”。

闪电的电力作用有时会在又高又尖的物体周围形成一道光环似的红光。通常在暴风雨中的海上，船只的桅杆周围可以看见一道火红的光，人们便借用海员守护神的名字，把这种闪电称为“圣艾尔摩之火”。

超级闪电指的是那些威力比普通闪电大100多倍的稀有闪电。普通闪电产生的电力约为10亿瓦特，而超级闪电产生的电力则至少有1000亿瓦特，甚至可能达到万亿至100000亿瓦特。

纽芬兰的钟岛在1978年显然曾受到一次超级闪电的袭击，连13公里以外的房屋也被震得格格响，整个乡村的门窗都喷出蓝色火焰。

暴风云通常产生电荷，底层为阴电，顶层为阳电，而且还在地面产生阳电荷，如影随形地跟着云移动。阳电荷和阴电荷彼此相吸，但空气却不是良好的传导体。阳电奔向树木、山丘、高大建筑物的顶端甚至人体之上，企图和带有阴电的云层相遇；阴电荷枝状的触角则向下伸展，越向下伸越接近地面。最后阴阳电荷终于克服空气的阻障而连接上。巨大的电流沿着一条传导气道从地面直向云涌去，产生出一道明亮夺目的闪光。一道闪电的长度可能只有数百千米，但最长可达数千米。

闪电的温度，从摄氏一万七千度至二万八千度不等，也就是等于太阳表面温度的3~5倍。闪电的极度高热使沿途空气剧烈膨胀。空气移动迅速，因此形成波浪并发出声音。闪电距离近，听到的就是尖锐的爆裂声；如果距离远，听到的则是隆隆声。你在看见闪电之后可以开动秒表，听到雷声后即把它按停，然后以3来除所得的秒数，即可大致知道闪电离你有几千米。

雷电是伴有闪电和雷鸣的一种雄伟壮观而又有点令人生畏的放电现象。雷电一般产生于对流发展旺盛的积雨云中，因此常伴有强烈的阵风和暴雨，有时还伴有冰雹和龙卷风。积雨云顶部一般较高，可达20公里，云的上部常有冰晶。冰晶的凇附，水滴的破碎以及空气对流等过程，使云中产生电荷。云中电荷的分布较复杂，但总体而言，云的上部以正电荷为主，下部以负电荷为主。因此，云的上、下部之间形成一个电位差。当电位差达到一定程度后，就会产生放电，这就是我们常见的闪电现象。闪电的的平均电流是3万安培，最大电流可达30万安培。闪电的电压很高，约为1亿至10亿伏特。一个中等强度雷暴的功率可达一千万瓦，相当于一座小型核电站的输出功率。放电过程中，由于闪道中温度骤增，使空气体积急剧膨胀，从而产生冲击波，导致强烈的雷鸣。 带有电荷的雷云与地面的突起物接近时，它们之间就发生激烈的放电。在雷电放电地点会出现强烈的闪光和爆炸的轰鸣声。这就是人们见到和听到的闪电雷鸣。

雷云形成

产生雷电的条件是雷雨云中有积累并形成极性。科学家们对雷雨云的带电机制及电荷有规律分布，进行了大量的观测和试验，积累了许多资料，并提出各种各样的解释，有些论点至今还有争论。

1. 对流云初始阶段的“离子流”假说。

大气中存在这大量的正离子和负离子，在云中的雨滴上，电荷分布是不均匀的，最外边的分子带负电，里层的带正电，内层比外层的电势差约高0.25V。为了平衡这个电势差，水滴就必须优先吸收大气中的负离子，这就使水滴逐渐带上了负电荷。当对流发展开始时，较轻的正离子逐渐的被上升的气流带到云的上部；而带负电的云滴因为比较重，就留在了下部，造成了正负电荷的分离。

2. 冷云的电荷积累

当对流发展到一定阶段，云体伸入0℃层以上的高度后，云中就有了过冷水滴、霰粒和冰晶等。这种由不同相态的水汽凝结物组成且温度低于0℃的云，叫冷云。冷云的电荷形成和积累过程有如下几种：

① 过冷水滴在霰粒上撞冻起电

在云层重有许多水滴在温度低于0℃时也不会冻结，这种水滴叫过冷水滴。过冷水滴是不稳定的，只要它们被轻轻地震动一下，就马上冻结称冰粒。当过冷水滴与霰粒碰撞时，会立即冻结，这叫撞冻。当发生撞冻时，过冷水滴外部立即冻成冰壳，但它的内部仍暂时保持着液态，并且由于外部冻结放的潜热传到内部，其内部液态过冷水的温度比外面的冰壳高。温度的差异使得冻结的过冷水滴外部带上正电，内部带上负电。当内部也发生冻结时，云滴就膨胀分裂，外表皮破裂成许多带正电的冰屑，随气流飞到云层上部，带负电的冻滴核心部分则附在较重的霰粒上，使霰粒带负电并留在云层的中下部。

② 冰晶与霰粒的摩擦碰撞起电

霰粒是由冻结水滴组成的，成白色或乳白色，结构比较松脆。由于经常有冷水滴与它撞冻并释放潜热，它的温度一般比冰晶高。在冰晶中含有一定量的自由离子（OH-和H ），离子数随温度升高而增多。由于霰粒与冰晶接触部分存在着温度差，高温端的自由离子必然要多于低温端，因而离子必然从高温端向低温端迁移。离子迁移时，带正电的氢离子速度较快，而带负电的较重的氢氧根离子则较慢。因此，在一定时间内就出现了冷端氢离子过剩的现象，造成了高温端为负，低温端为正的电极化。当冰晶与霰粒接触后，又分离时，温度较高的霰粒就带上了负电，而温度较低的冰晶就带上了正电。在重力和上升气流的作用下，较轻的带正电的冰晶集中到云的上部，较重的带负电的霰粒则停留在云层的下部，因而造成了冷云的上部带正电而下部带负电。

③ 水滴因含有稀薄盐分而起电

出了上述冷云的两种起电机制外，还有人提出了由于大气中水滴含有稀薄盐分而产生起电机制。当云滴冻结时，冰的晶格中可以容纳负的氯离子，却排斥正的钠离子。因此，水滴冻结的部分带负电，而未冻结的部分带正电(水滴冻结时是从里向外进行的)。由于水滴冻结而成的霰粒在下落的过程中，摔掉表面还未来得及冻结的水分，形成许多带正电的小云滴，而冻结的核心部分则带负电。由于重力和气流的分选作用，电正点的小滴被带到云的上部，而带负电的霰粒则停留在云的中、下部。

3. 暖云的电荷积累

在热带地区，有一些云整个云体都位于0℃以上区域。因而只含有水滴而没有固态水粒子。这种云叫暖云或水云。暖云也会出现雷电现象。在中纬度地区的雷暴云，云体位于0℃等温线一下的部分，就是云的暖区。在云的暖区里也有起电过程发生。

在雷雨云的发展过程中，上数机制在不同的发展阶段分别起作用。但是，最主要的带电机制还是由于水滴冻结造成的。大量观测事实表明，只有当云顶呈现纤维状，丝缕结构时，云彩发展成为雷雨云。飞机观测发现，雷雨云中存在以冰、雪晶和霰粒为主的大量云粒子，而且大量电荷的积累即雷雨云迅猛带电机制，必须依靠霰粒生长过程的碰撞、撞冻和摩擦等才能发生。

闪电的受害者有2/3以上是在户外受到袭击。他们每3个人中有两个幸存。在闪电击死的人中，85%是男性，年龄大都在10岁至35岁之间。死者以在树下避雷雨的最多。

苏利文也许是遭闪电袭击的冠军。他是退休的森林管理员，曾被闪电击中7次。闪电曾经烫焦他的眉毛，烧着他的头发，灼伤他的肩膀，扯走他的鞋子，甚至把他抛到汽车外面。他轻描淡写地说：“闪电总是有办法找到我。”

雷电对人体的伤害，有电流的直接作用和超压或动力作用，以及高温作用。当人遭受雷电击的一瞬间，电流迅速通过人体，重者可导致心跳、呼吸停止，脑组织缺氧而死亡。另外，雷击时产生的是火花，也会造成不同程度的皮肤烧灼伤。雷电击伤，亦可使人体出现树枝状雷击纹，表皮剥脱，皮内出血，也能造成耳鼓膜或内脏破裂等。

中国是一个多自然灾害的国家，跟地理位置有着不可分割的关系，雷电灾害在中国也有不少，最为严重的是广东省以南的地区，东莞、深圳、惠州一带的雷电自然灾害已经达到世界之最，这些地方也是因为大气层位置比较偏低所造成的影响。纽约是雷电灾害最多的地区在近几年更是明显加强，我国的东莞近最为严重，雷电所带来的经济亏损在夏季5-8月之间，东莞当季的GDP比例亏损度接近6%，上千万的经济亏损，也是一大严重的自然灾害多发区域。多起雷电伤人事件在东莞地区每年都会发生，达到了全世界雷击人事件最频繁，最多的地区。在中国，乃至全世界的雷电受灾重区之一。

雷电发生时产生的雷电流是主要的破坏源，其危害有直接雷击、感应雷击和由架空线引导的侵入雷。如各种照明、电讯等设施使用的架空线都可能把雷电引入室内，所以应严加防范。

雷电灾难雷击易发生的部位

1.缺少避雷设备或避雷设备不合格的高大建筑物、储罐等；

2.没有良好接地的金属屋顶；

3.潮湿或空旷地区的建筑物、树本等；

4.由于烟气的导电性，烟囱特别易遭雷击；

5.建筑物上有无线电而又没有避雷器和没有良好接地的地方。

雷电灾难预防雷电的方法

1.建筑物上装设避雷装置。即利用避雷装置将雷电流引入大地而消失。

2.在雷雨时，人不要靠近高压变电室、高压电线和孤立的高楼、烟囱、电杆、大树、旗杆等，更不要站在空旷的高地上或在大树下躲雨。

3.不能用有金属立柱的雨伞。在郊区或露天操作时，不要使用金属工具，如铁撬棒等。

4.不要穿潮湿的衣服靠近或站在露天金属商品的货垛上。

5.雷雨天气时在高山顶上不要开手机，更不要打手机。

6.雷雨天不要触摸和接近避雷装置的接地导线。

7.雷雨天，在户内应离开照明线、电话线、电视线等线路，以防雷电侵人被其伤害。

8.在打雷下雨时，严禁在山顶或者高丘地带停留，更要切忌继续蹬往高处观赏雨景，不能在大树下、电线杆附近躲避，也不要行走或站立在空旷的田野里，应尽快躲在低洼处，或尽可能找房层或干燥的洞穴躲避。

9.雷雨天气时，不要用金属柄雨伞，摘下金属架眼镜、手表、裤带，若是骑车旅游要尽快离开自行车，亦应远离其它金属制物体，以免产生导电而被雷电击中。

10.在雷雨天气，不要去江、河、湖边游泳、划船、垂钓等。

11.在电闪雷鸣、风雨交加之时，若旅游者在旅店休息，应立即关掉室内的电视机、收录机、音响、空调机等电器，以避免产生导电。打雷时，在房间的正中央较为安全，切忌停留在电灯正下面，忌依靠在柱子、墙壁边、门窗边，以避免在打雷时产生感应电而致意外。

当发生雷击时，旅伴应立即将病人送往医院。如果当时呼吸、心跳已经停止，应立即就地做口对口人工呼吸和胸外心脏按摩，积极进行现场抢救。千万不可因急着运送去医院而不作抢救，否则会贻误病机而致病 死亡。有时候，还应在送往医院的途中继续进行人工呼吸和胸外心脏按摩。此外，要注意给病人保温。若有狂躁不安、痉挛抽搐等精神神志症状时，还要为其作头部冷敷。对电灼伤的局部，在急救条件下，只需保持干燥或包扎即可。

雷雨天气发生时，即使在安装了避雷针的情况下，也应该迅速拔掉室内电视、电冰箱以及天线电源的插头，防止空间电磁波干扰造成不必要的损失。此外，从电闪雷鸣的形成和发生过程来看，空旷场地上、建筑物顶上、高大树木下、靠近河湖池沼以及潮湿地区是雷击事故多发区。

全国建筑物电气装置标准化技术委员会委员王宏民：在室外，要考虑到雷电活动区域，看雷电活动远近，一般是听雷声就能判断出远近，不要躲到避雷针和大树下面。在空旷的地方不要打雨伞，因为雨伞有针尖，电场强度要集中些。不要在空旷地方打手机。要蹲下来，两脚并拢。

专家最后强调，如遇雷雨天气，市民最好躲入一栋装有金属门窗或设有避雷针的建筑物内。一辆金属车身的汽车也是最好的“避雷所”，一旦这些建筑物或汽车被雷击中，它们的金属构架或避雷装置或金属本身会将闪电电流导入地下。2100433B

生态灾难，可说是这世纪最普遍的灾难。那么，哪些是属于生态灾难呢？生态灾难(eco-disaster)是指特殊干扰事件引起的生态性结构损毁与功能丧失，进而造成对相关生命的伤害，冲击与灭亡等灾难。灾难幅度有大有小，大型生态灾难所涵盖的时空尺度大，伤害范围广，复原时间长。这些生态灾难是怎么来的呢？早期虽然这些人为生态灾难的类型各有不同，但是却有以下荒谬的相同之处。

享受利益的与负担损害的总是不同的一群，搞破坏的与搞拯救的也是不同的一群，代罪羔羊总是在历史重演。经济系统的不完善总是牺牲生态为代价，不仅转嫁环境成本给人民，还要国家动用人民纳税来补贴处理，造成贫富更加悬殊。许多发展中国家因此收成了许多沉重的生态灾难，例如干旱,洪水,土石流与沙尘暴等等。有了这么多的案例与教训，人们对生态的无知、冷漠与傲慢所酿成的生态灾难不仅摧毁自然，甚至毁灭自己。

因此，生态灾难需要慎重管理，不仅要事后恢复，更是要事先预防。首先，国家需要生态安全的保障，因为许多生态灾难都是渐进形成的，这需要国家的监测与因应。其次，个人需要生活方式的调整，太多生态灾难都是无知制造的，这需要个人的警觉与认知.面临这么多的生态危机，所剩的时间不会太多，人类必须尽快在拯救和毁灭之间作个选择。

现在地球上的生态灾难,可以说是愈演愈烈且毫无冷场,空间尺度之大横跨陆海空,时间尺度之大影响数十代.地球本身就是一个生命共同体,因果关联复杂得难以想像,生态灾难牵涉层面之广难以衡量.根据世界守望机构的统计,每年各种生态灾难所造成的生态难民高达1,000万以上.以下让我们来看看分别在天空,陆地,海洋正在进行的全球性,区域性与地方性的生态灾难。

臭氧层破洞

最引人注目的全球性生态灾难之一是天空的臭氧层破洞.臭氧层因人类活动的破坏变得愈来愈稀薄.臭氧层阻止辐射抵达地表,如果臭氧层继续消失,地球上的生命将不保.科学家指出,臭氧层变化只要达到1%,10年之内就可能导致几千万人罹患皮肤癌.2000年南极臭氧层破洞面积已达2,830万平方公里,已经比三个美国还要大,而且扩展到南美洲南端的上空.北极上空也已经出现臭氧层破洞,将会影响西欧,东北亚及北美洲等稠密人口的地区.

生态灾难莱茵河恐怖污染事件

再来看欧洲陆地一场人为蓄意制造的区域性生态灾难--莱茵河恐怖污染事件.德国国家电视台ZDF揭开近年莱茵河生态灾难的祸首,即前苏联秘密特工的恐怖活动.1986年间,欧洲的大型化工厂,制药厂及其仓库接二连三发生爆炸,剧毒化学物质流入莱茵河,带给流经多国的莱茵河一场毁灭性灾难,死鱼堆积如山.甚至经过十余年后的今天,附近居民各种怪病的发病率远远高于其他地区.

生态灾难阿玛斯号漏油污染事件

在台湾海洋意外发生的地方性生态灾难--阿玛斯号漏油污染事件.阿玛斯号在恒春鹅銮鼻东方海域发生触礁搁浅海难,船上重油与柴油约有1,100吨外泄而污染鹅銮鼻海域及海岸,在东北季风的吹袭下,垦丁国家公园的龙坑生态保护区首当其冲,珊瑚礁等生态资源遭到严重破坏.近二十年来,全球各地因船难油污而造成的生态灾难层出不穷,对生态,渔业,观光都造成了致命冲击。

制造生态灾难，不只是现代人的专利。在历史上，甚至史前时代，也可见到许多人为的生态灾难。中国汉代繁荣一时的楼兰古国因过度开发导致沙漠化而亡国，这是历史记载的人为生态灾难。科学杂志日前发表人类大量捕杀野生动物造成各大陆史前动物的大规模灭绝，这是史前时代的人为生态灾难。

破坏生态平衡的因素有自然因素和人为因素。

生态灾难自然因素

自然因素如水灾、旱灾、地震、台风、山崩、海啸等。由自然因素引起的生态平衡破坏称为第一环境问题。由人为因素引起的生态平衡破坏称为第二环境问题。

生态灾难人为因素

人为因素是造成生态平衡失调的主要原因。 人为因素主要有以下三方面：

（1）使环境因素发生改变。如人类的生产和生活活动产生大量的废气、废水、垃圾等，不断排放到环境中；人类对自然资源不合理利用或掠夺性利用，例如盲目开荒、滥砍森林、水面过围、草原超载等，都会使环境质量恶化，产生近期或远期效应，使生态平衡失调。

（2）使生物种类发生改变。在生态系统中，盲目增加一个物种，有可能使生态平衡遭受破坏。例如美国于1929年开凿的韦兰运河，把内陆水系与海洋沟通，导致八目鳗进入内陆水系，使鳟鱼年产量由2000万公斤减至5000公斤，严重破坏了内陆水产资源。在一个生态系统减少一个物种也有可能使生态平衡遭到破坏。二十世纪五十年代我国曾大量捕杀过麻雀，致使一些地区虫害严重。究其原因，就在于害虫天敌麻雀被捕杀，害虫失去了自然抑制因素所致。如1859年有农民从英格兰带了25只野兔到澳大利亚，由于没有天敌，造成澳大利亚生态系统严重破坏。又如，1906年美国亚利桑那洲的卡巴森林为保护鹿群，捕杀肉食动物，导致鹿群大量繁殖最后没有食物，濒临灭绝等。

（3）对生物信息系统的破坏。生物与生物之间彼此靠信息联系才能保持其集群性和正常的繁衍。人为地向环境中施放某种物质，干扰或破坏了生物间的信息联系，有可能使生态平衡失调或遭到破坏。例如自然界中有许多昆虫靠分泌释放性外激素引诱同种雄性成虫交尾，如果人们向大气中排放的污染物能与之发生化学反应，则雌虫的性外激素就失去了引诱雄虫的生理活性，结果势必影响昆虫交尾和繁殖，最后导致种群数量下降甚至消失。