我们开始破解雷电和雷暴如何工作的奥秘。 地平线杂志

当温暖的湿空气升至较高的高度并使其变冷并凝结成水滴时，就会形成许多云。 当以这种方式形成的云迅速增长非常大，并吸入越来越多的水蒸气时，就会发生雷暴。 几乎总是伴随着降水和强阵风。 当然是闪电。 闪电似乎很少见，但它已经发生了700次-我们每秒收到大约100次打击-在您读完这句话时，它遍及全球。

雷电和雷暴似乎越来越普遍，并且有人建议，由于全球变暖，这种情况将持续下去。 2014年，美国加州大学伯克利分校的David Romps教授开发了一种大气模型，该模型预测随着地球变暖，闪电将增加12％。 有迹象表明这可能已经发生。 荷兰的研究人员研究了阿拉斯加和加拿大森林中由雷电引发的大火，在过去40年中，每年以2％至4％的速度增长。

我们不太了解闪电。 例如，如果要拍摄雷击并以超慢动作播放，则您会注意到雷击是逐步进行的。 西班牙格拉纳达安达卢西亚天体物理研究所的亚历杭德罗·卢克博士说，它会间隔一段时间才继续前进。 但是我们不知道为什么会这样。 他说，对此有几篇论文，但基本上没有公认的理论。

精灵

卢克博士认为他可能对该问题有一些见解，但是，通过他的工作，研究了一个甚至更令人难以置信但更好理解的电现象-精灵。

精灵是巨大的，彩色的射流，发生在离地面50至90公里之间，远高于雷暴。 由于很难从地面上看到它们，因此人们对它们的存在提出了多年的怀疑。 卢克博士主要通过研究飞机拍摄的照片来研究它们。

尽管比闪电还不熟悉，但精灵的物理原理更容易研究，因为在如此高的海拔下，空气很少，因此放电会更加缓慢且温度较低。 闪电会产生比太阳表面更热的温度。 但是卢克博士说，精灵放电通道的温度与周围的空气几乎相同。

子画面中的通道是由许多细小的细丝构成的，称为流光。 随着拖缆的传播，其中的一些斑点会更明亮，更持久地发光。 卢克博士说，在子画面中，明亮的发光归功于电子的行为。 在拖缆的某些区域，电子附着在空气分子上，这会增加电场强度，产生更亮的光。

脚步

卢克博士说，这种解释是没有争议的，但是我们不知道的是，正如他所怀疑的那样，一个类似的过程是否可以解释为什么闪电本身会逐步进行。 在闪电的情况下，在较低的高度，会有更多的空气分子，电子对它们的附着可能以稍微不同的方式自身起作用，从而产生步进模式。 卢克博士想通过他的eLightning项目找出是否正确。

他和他的学生AlejandroMalagón-Romero在2019年提出了这一假设。他的团队现在正在构建闪电的计算模型，以测试他们期望的过程是否可以解释步进行为。

理解为什么雷电会逐步进行并不能帮助我们降低雷电的危险性。 但是卢克博士说，更好地了解这种现象可能对其他各种领域都有帮助。 例如，放电可能会在电力线周围形成，因此必须将放电设计为最小化。 这种排放物还用于工业中，例如用于消毒工业废气，甚至用于复印机。 更好地了解它们的工作方式可以改进设计。

雷电似乎是雷暴武器库中最危险的武器，但这些风暴也会产生异常强的风。

欧洲的天气被称为温带气旋的空气系统所控制，螺旋形的气流在横扫整个地区时带动风雨。 欧洲城市的平均年访问量在70到90之间，科学家对他们的工作方式有很好的了解。 尽管并非总是如此，但这些风暴可能会很强。

无论何时在欧洲建造建筑物，设计人员都必须确保其能够承受强风，并且为此使用的模型是基于温带气旋的。 这样做的麻烦在于，它无法解释被认为罕见的风，就像雷暴一样。

雷暴

要了解为什么这很重要，您需要了解旋风和雷暴之间的区别。 首先，雷暴比旋风更强烈。 虽然飓风可以持续三天，但雷暴可能在20分钟内结束。 因此，您会得到阵阵强烈的阵风，而不是持续的适度阵风。 其次，更重要的是，风的强度如何随海拔高度而变化。 旋风变得越来越强。 另一方面，雷暴往往会产生从大约100m开始的风，然后向下吹，随着风的下降，风会增强。 正常的风平行于地面吹，但是雷暴则向下吹。 完全不同。”意大利热那亚大学的Giovanni Solari教授说。

索拉里教授说，综合所有这些，结果就是我们对最高的建筑，尤其是摩天大楼进行了过度工程设计，对低层建筑和造船厂起重机等结构进行了工程设计不足。 300米高的摩天大楼的最高200米可能不会受到雷暴的打击，但我们将它们设计为好像会那样，因为我们的模型假定风向更高。 他说，我们使建筑物过于安全。 另一方面，小型起重机可能会被雷暴袭击而倾倒，雷暴会在地面上产生最强的风。

索拉里教授的目标是通过THUNDERR项目来纠正此问题，从而通过产生可用于帮助设计建筑物的雷暴风模型来使建筑更高效，成本更低。 第一步是采取在加拿大安大略大学的世界级风洞中制造的合成雷暴，并对此进行建模。 索拉里教授说，现在已经完成了，他的模型很好地捕获了这些合成风暴的作用。 但这是容易的部分。

现在，他正在着手建模真实的雷暴，其中存在巨大的变化。 为了提供帮助，索拉里教授及其团队构建了一个由45个气象塔组成的网络，这些气象塔分布在地中海沿岸，旨在捕获雷暴产生的风的数据。

索拉里教授说：“人们以前认为雷暴是罕见的。” ”那是因为我们看不到他们。 该网络现已记录了250个雷暴记录的数据库。 现在的计划是调整初始模型，以解决所有这些不同的雷暴天气并真正具有代表性。

本文中的研究由欧盟欧洲研究理事会资助。 如果您喜欢这篇文章，请考虑在社交媒体上分享。