为什么夏天下雨会打雷而冬天不会？

在夏天，人们更容易看到雷声。众所周知，闪电是带电云和带电云之间，或者带电云和地面之间的放电现象。这是一种非常普遍的自然现象。带电云层和地面之间的电压可以达到106-108伏。如此高的电压经常会对建筑物、树木、电气设备以及人和动物造成伤害。人们非常渴望了解雷云是如何发电的。甚至三岁的孩子也想知道:“为什么夏天下雨，而冬天不下雨？”许多专家无法清楚地解释这种常见的自然现象。因此，了解雷云的起电机制非常重要。

首先，雷云的充电机制

有几种国外理论可以解释雷云电气化的原理:

第一个是由j .埃尔斯特和h .盖特尔在19世纪末提出的。他认为雨滴或冰雹等降水粒子在指向下方的大气电场(如晴天电场)的作用下被极化，导致上半部分带负电，下半部分带正电。因此，从降水粒子的下半部分碰撞反弹回来的云滴或冰晶将带走它们的部分较低正电荷。由于降水粒子的快速下落以及云滴和冰晶的缓慢下落，重力分离发生了。此时，云滴和冰晶(或只有一个)在云的上部形成正电荷中心，而降水粒子在云的下部形成负电荷中心。根据计算，发现冰晶在偏振冰雹上碰撞后反弹的过程或云滴在偏振雨滴上碰撞后反弹的过程可以在雷雨云中产生电荷。自20世纪70年代以来，这一理论已被许多研究者所发展。

第二个是c.t.r .威尔逊在20世纪20年代提出的。他认为，当极化的雨滴落在带有离子或带电云滴的云中时，如果雨滴落在指向下的电场中的速度大于正离子在电场中的向下运动速度，雨滴将排斥正离子并捕获负离子(见大气离子)。这种选择性捕获过程称为“离子选择性捕获的电荷过程”，也称为“威尔逊机制”。根据计算，当云中的电场强度增加到一定程度时，这种选择性俘获过程就不能维持。一般来说，这个过程只能在电场强度小于10kv/m时发生。

第三个是由沃克曼和雷诺在20世纪40年代提出的。他发现，当一块中性冰的两端保持稳定的温差时，在热端会有一个剩余的负电荷，在冷端会有一个剩余的正电荷，从而在两端之间产生一定的电位差。这就是“冰的热电效应”。因此，当两块不同温度的冰瞬间接触时，温度较高的那块会带负电荷，温度较低的那块会带正电荷。热电效应解释了冰在不均匀温度分布条件下的电荷分离现象。它可以解释以下两个带电过程:一个是冰雹落在由过冷水滴和冰晶组成的冷云中时的带电过程。此时，冰雹与大量过冷水滴碰撞。后者释放的冻结潜热导致冰雹的温度高于冰晶。因此，在冰晶从与冰雹的接触中反弹后，冰雹将带负电，冰晶将根据热电效应带正电。重力分离后，云的上部是冰晶，下部是冰雹，所以云的正中心在上部，负中心在下部。另一个是霜冻和电气化。考虑到冰雹与冷云滴的碰撞，云滴冻结在冰雹表面(结霜现象)，形成内部暖壳的低温分布。根据热电效应，冷冻液滴的外层带正电，内层带负电。当内层冻结时，由于体积的膨胀，最初冻结的壳破裂并抛出一些小冰块(或小水滴)，带走正电荷，而剩余的冻结的水滴体(冰雹)带走负电荷。重力分离后，云的上部是小冰屑或水滴，形成正电荷中心，而下部是冰雹，形成负电荷中心。

第四，在19世纪末，p·伦纳德发现，当大水滴被气流吹离时，碎片大碎片带正电，小水滴带负电。因此，人们认为雨滴被云底附近的上升气流吹成碎片，导致大碎片在云底附近形成一个亚正电荷中心，而小碎片被上升气流带起形成一个负电荷中心。

第五个是由冯内古特在20世纪50年代提出的。他认为，云的对流运动与电场力相反，传输和收集带电的云滴和冰晶。上升气流将云底部的正离子带向云，直到云的上部形成正电荷区域。由于高空传导电流，大量负离子到达云的上表面并附着在云滴或冰晶上(见气流)，然后被云周围强大的向下气流带走。到达云的负电荷增强了地面电场，诱导地面产生尖端放电，从而产生更多的正离子。这种正反馈过程最终将导致雷雨云中的共同电荷分布。这种解释也被称为对流起电。

雷云中产生电荷并形成一定空间分布的过程是大气电学的重要内容之一。在20世纪，这位学者只是翻译或引用外国理论，而没有任何来自中国的原创性解释。事实上，雷云起电的机制并不复杂。首先，雷云起电与温度有关。在夏天，由于高温，空气中的水蒸气被阳光的辐射电离，这使得云层带有大量的正负电荷。这些正负电荷在风力的作用下在地磁场中沿东西方向移动。如果风向是从东向西，正电荷将向下移动，负电荷将向上移动。如果风向是从西到东，正电荷将*向与上面相反的方向移动。因此，风力越大，正负电荷积累越多，云间电压越高。当带正电荷的云团和带负电荷的云团接近时，空气分子将被分解，导致电子流的定向运动。电流产生的热量导致空气迅速膨胀和爆炸。闪电和雷声将在这个时候出现。

如果带电的云层带正电，它首先会吸引地面上的大量电子靠近并聚集在更高的建筑物或树上。因此，在高楼或树下避雨的雷暴通常会导致雷击。如果带电的云层带负电，它将排斥地面上的电子，并使接近地面的高层建筑或树木带正电。因此，有必要安装合理的防雷设施，以防止建筑物被雷击损坏。

由于不同的地理位置，带电云的形成主要是由于东西向的风力，这种风力是由带电粒子在地磁场中切割磁力线并在磁场力的作用下相互分离而形成的。这是一个非常简单的电气化原理。在冬天，由于弱太阳辐射，空气中的空气分子不容易发生电离。因此，即使冬天风力很强，带电的云也不会形成。因此，除了一些地区，冬天雨(雪)不会打雷。关键是看空气中的电离程度。如果电离程度较高，冬季可能会出现雷暴。