“數”說雷電

王海波

雷電是大自然神秘而壯觀的現象之一，很早就被人類觀測到并記錄下來。我國古代典籍《周易》中記錄了發生在公元前1078年的一次球形雷，這是世界上最早的雷電記錄。

在很長的時間里，人們對雷電這種自然現象充滿了畏懼。其實，我們所謂的雷電，既包括閃電，又包括雷聲。1749年，富蘭克林用風箏試驗證實，閃電只不過是大氣中發生的一種火花放電現象。閃電通常由積雨云產生，發生的同時往往伴隨著雷聲。

閃電和雷聲都是常見的自然現象。它們雖然常見，但關于雷電的一些數字還是非常有趣的。

閃電有多快：并非3×108米/秒

通常情況下，雷電多是在人們沒有防備的一瞬間發生并完成的，所以，一直以來，雷電給我們的印象就是迅速、猛烈。

我國戰國時代的典籍《六韜·龍韜·軍勢》一書中對雷電的迅猛有這樣的描述：“疾雷不及掩耳，迅電不及瞑目。”這句話也就是我們今天常說的“迅雷不及掩耳”的出處。

從當代科學的角度來說，真正稱得上“快”的是閃電，而非雷。雷的本質是一種聲波，在空氣中的傳播速度大約為340米/秒。閃電的速度則遠非這個量級。

關于閃電的速度的具體值，學者和專家們一直沒有得出比較確切的結果。很多人認為，閃電的速度就是光速，也就是3×108米/秒；但也有不少人表示不認同，并就此展開了激烈的爭論。那么閃電到底有多快？它和光速是不是一回事呢？

我們以云-地閃電為例來分析一下閃電的發生過程。通過高速攝影儀可知，一個完整的云-地閃電其實是由多次連續不斷的放電過程組成的，這些放電過程沿著同一條通道，如同海浪一樣一波接一波，每兩波的時間間隔僅有百分之幾秒。每次放電一般包括先導和回擊兩個過程：先導過程主要是為閃電放電建立電離通道，相當于“鋪路”；當先導閃電很接近地面時，就像接通了一根導線，強大的電流以極快的速度由地面流至云層，這個過程即為回擊，約需70微秒的時間。如果云層還有足夠的電量，就開始第二次的先導-回擊放電過程。一次完整的云-地閃電過程大約持續0.2秒。

由上述分析可知，閃電是一種放電現象，遵循一定的物理定律，它的移動速度受到空氣電導率等很多因素的影響，與光速有著本質的區別。

美國佛羅里達大學的學者通過研究得出，閃電的速度為每秒1×105 ～1.4×106米，平均速度為4.4×105米/秒。

有關學者通過對多個閃電精細的科學觀測發現，閃電在不同行進階段的速度也不同，如閃電先導過程的平均速度為1.5×105米/秒，約為光速的1/2000，而回擊過程的速度遠大于先導速度，為光速的1/10～1/3。美國能源部給出的閃電速度為1.5×108米/秒，大致為光速的一半。

雖然上述數據不一定十分準確；但可以確定的是，閃電的速度遠低于光速，同時又遠高于雷聲的速度。

之所以很多人認為，閃電的速度就是光速，主要是把閃電發出的光傳播到我們眼中的速度當成了閃電本身的移動速度。

雷聲有多大——120分貝

一提到雷聲，人們也許馬上就能想到“震耳欲聾”“驚天動地”等詞語，人們也常常用雷聲形容聲音的激烈、響亮，如“雷鳴般的掌聲”“歡聲雷動”等。可以說，雷聲是自然界產生的最大的聲音之一。

那么，雷聲到底有多大呢？

當閃電發生時，會放出大量的光和熱，沿途空氣被強烈加熱，水滴迅速氣化，體積驟然膨脹而產生沖擊波，使空氣產生猛烈的震動。此時所產生的聲音就是“雷聲”。雷聲最高可以達到120分貝。這是個什么概念呢？1分貝是人類耳朵剛剛能聽到的聲音；40～60分貝屬于人們正常交談的聲音強度；當聲音達到70分貝時，我們就可以認為它是很吵的，而且開始損害聽力神經；而100～120分貝，比一列火車從身邊呼嘯而過的聲音還要大，正常人如果在這樣高分貝的空間內待1分鐘或更久，就會暫時性失聰。所以，用“震耳欲聾”來形容雷聲，實不為過。

雷電有多頻繁——14億次/年

地球上的雷電活動有多頻繁呢？這不僅是我們想知道的，也是雷電研究的重點內容之一。多年來，很多專家和學者使用不同的手段和方法，對這個數據進行了估算，但得出的結果不盡一致。

在研究中，雷電的頻繁程度除了用雷暴日數衡量外，我們還經常用閃電的一些數據來表征，如閃電頻率（數）、閃電密度等。早在1925年，就有專家通過分析雷暴日資料，對全球閃電頻數做出了估計并得到廣泛認可：在任何給定時刻，世界上都有1800場雷雨正在發生，每秒大約有100次閃電。

近幾十年來，閃電探測技術特別是衛星閃電探測技術的發展，給人們提供了以往地面觀測難以涉及區域的閃電觀測資料，從而對這個參數有了更準確的估計：全球閃電的頻率約為每秒40～50次，全年總共發生約14億次的閃電。在北半球，夏季最容易發生閃電，但在赤道地區，閃電在秋季和春季會更頻繁出現。北極和南極地區因為很少有雷陣雨，因此，那里幾乎沒有閃電。

那么，世界上哪里的雷電活動最頻繁呢？

研究認為，雷電活動最多的區域是非洲的剛果盆地。因為那里靠近赤道，地表熱量充足，空氣對流多發，常年都有雷雨。

2003年，有關學者通過分析得出，世界最頻繁的雷電活動發生在非洲的盧旺達，那里的閃電密度最大為每年每平方千米80次。然而在2004～2005年，剛果共和國東部的一個小山村基夫卡，因打破上述紀錄而成為世界閃電發生最頻繁的地方。這個小鎮離赤道僅有300千米，海拔975米，閃電之密集可謂史無前例，一年中，平均每平方千米發生閃電多達158次。

閃電有多強：比太陽表面熱4倍

閃電的放電過程十分短暫，一般為50～100微秒（1微妙等于百萬分之一秒），可以說，是在一瞬間完成。其沖擊電流的平均值高達3萬安培，最大電流可達30萬安培。如此強大的電流產生的交變磁場，其感應電壓可以達到1億～10億伏特。電荷發生中和作用時會放出大量的光和熱，瞬間會將周圍的空氣加熱到3萬攝氏度的高溫，是太陽表面溫度的5倍。

我國建造的世界上最大的水力發電站——三峽水電站，其總裝機容量只有1次閃電功率的千分之一。一次閃電所產生的能量足以讓1輛普通轎車行駛大約290～1450千米，供一個家用100瓦的白熾燈泡連續工作3個月。當然，閃電的電功率雖然很大；但由于放電時間短，所以閃電電流的電功并不算大。

然而，遺憾的是，正是由于閃電往往發生在一瞬間，而且發生方向難以預測，所以，現代科技還無法收集和運用閃電的電能。

遭雷擊概率有多少——175萬分之一

雷電因其強大的電流、炙熱的高溫、強烈的電磁輻射以及猛烈的沖擊波等物理效應，能夠在瞬間產生巨大的破壞作用。人們一旦被其擊中，將會產生致命的后果。

從全世界范圍來說，每年有4000多人遭雷擊，全世界人口為70億，平均到每個人，遭遇雷擊的幾率并不高，大約是175萬分之一。不過，我們并不能因此而對雷電防護大意。因為具體到不同的地域，各地的人被雷擊中的概率就有很大的差別，如美聯邦應急管理局估計，當前美國人均遭遇雷擊的概率為60萬分之一。

據有關統計，遭遇雷擊的概率有明顯的城鄉差別。農民長期在農田等開闊的地方勞作，在雷電到來時，缺乏臨時躲避場所，周圍地勢平坦，相對而言，人體位置可能較高，加之農民防雷知識相對缺乏，因而更容易被雷擊中。城市工作者更多是在室內工作，城市建筑物防雷措施相對完善，遭遇雷擊的概率因而大大降低。

此外，遭遇雷擊的概率還跟性別有關。美國的一項研究就表明，男性比女性更容易成為雷擊的對象。這項研究通過分析1995～2008年間美國因遭雷擊而死亡的數據發現，648名死者中82%為男性。另外一份于1999年完成的研究也得出了類似的結論。為什么男性比女性更容易遭到雷擊呢？美國氣象學家給出的答案是，在雷雨發生時，男性往往要冒雨干一些危險性較大的事情，如打高爾夫球、踢足球等，而女性有更大可能待在安全地帶避雨。

除此之外，某個地區的居民遭遇雷擊的概率和當地的生活習慣、文化水平、建筑結構等方面都有一定的關系。

【責任編輯】趙 菲