雷電放電的先導過程、主放電過程及雷電的后續分量

一、雷電的先導過程

一次雷擊分為先導放電、主放電和余輝放電三個階段。

觀測表明，雷云中的電荷是集中在幾個帶電中心。雷云下部大部分帶負電荷，

故絕大多數的對地雷擊是負極性的。由于靜電感應作用，雷云中的負電荷會在附近地面及地面的物體上感應出大量正電荷，這樣在雷云與大地之間就形成了電場。當雷云中某一電荷中心的電荷較多，其附近的電場強度達到空氣的游離場強(約25~30kV/cm)時，空氣開始游離。當某一段空氣被游離后，這段空氣就由原來的絕緣狀態變為導電性的通道，稱為先導放電通道。下行負先導具有明顯的分級發展的特點。每級的長度約為50m，相鄰兩級間歇時間約為30～90μs，因此先導放電的平均發展速度較慢，出現的電流不大。

在先導通道發展的初始階段，其發展方向受到偶然因素的影響并不固定。但當它發展到距地面一定高度時(稱為定向高度)，先導通道會向著地面上某個電場強度較強的方向發展，也就是說雷擊具有選擇性。

二、雷電的主放電過程

當先導通道接近地面時，地面上一些較高物體周圍的電場強度達到空氣游離所需的場強，會出現向上的迎面先導。當先導通道的頭部與迎面先導之間的距離很小時，剩余空氣間隙中的電場強度達到高的數值，造成空氣間隙強烈地游離，最后形成高導電通道，將先導頭部與大地短接，這就是主放電階段的開始。游離出來的電子迅速通過被擊物流入地中，形成很大的沖擊電流。游離出的正離子則向上運動去中和先導通道中的負電荷。由于其游離程度比先導通道強烈的多，電荷密度很大，故通道具有很高的導電性。主放電發展的速度很高，所以出現極大的沖擊電流，并產生強烈的光和熱使空氣急劇膨脹震動，出現閃電和雷鳴。主放電過程是由下向上發展的，當主放電到達云端時，放電過程結束。

主放電過程持續的時間極短，一般不超過100μs。所產生的電流幅值高達數十甚至數百千安，電流瞬時值隨著主放電向高空發展而逐漸減小，形成雷電流沖擊波。

對電力系統及電氣設備造成破壞的主要是主放電過程。雷云放電時，附近的電氣設備由于靜電感應和電磁感應在其上產生感應過電壓。當雷云對地面物體直接放電時，巨火的雷電流和很大的電流增長陡度在被擊物上產生數值很高的直擊雷過電壓，會對電氣設備的絕緣產生威脅，造成電力系統絕緣事故。

主放電完成后，云中的剩余電荷沿著主放電通道繼續流向大地，形成余輝放電，電流約為數百安，持續時間較長(0.03～0.05s)。在余輝放電階段中持續時間較長的電流產生的熱效應也可能會使電氣設備損壞。

三、雷電的后續分量

由于云中同時存在多個帶電中心，所以雷云放電往往是重復的。當某一電荷中心的放電過程完成后，其電位發生劇變，使鄰近的電荷中心對該電荷中心放電，之后放電沿原來的通道向大地發展，形成雷電的后續分量。重復放電時仍由先導放電、主放電和余輝放電三個階段組成。由于第一次雷擊放電的通道在很短的時間內來不及充分去游離，通道仍具有較高的電導，所以后續分量的先導是連續發展的，稱為箭形先導。

后續分量的主放電過程與前相同，電流幅值約為第一分量的1/3～1/2，電流的波前及波尾時間較第一分量的短。

圖TYBZ01402006-1中(a)為根據高速攝影照片繪制的多重雷電放電過程示意圖，(b)為相應的放電電流波形圖。從圖中可以看出，第一次雷擊的先導通道是分級發展的，且雷電流較小。主放電階段的電流值很大，電流增加的速度也很快，持續時間很短。余輝放電階段的電流較小但持續時間較長。