1. 闪电

1.1 概述

       闪电是一种大气放电现象。因为有极大电流流经空气，产生大量热能，发出强光。热能同时加热空气，令空气急剧膨胀，做成巨大冲击，产生巨响，就是常常伴随闪电的雷声。

       产生闪电的放电过程源于云与云或云与地之间的巨大电位差。闪电很多时与积雨云有关。实地测量结果显示，积雨云中的电位差可达每米〔m〕十万伏特〔V〕，即 105V/m。那么为何云与云及云与地之间会出现如此巨大的电位差呢？积雨云中电荷分离的过程相当复杂，有多个机制在其中作用。其中一个被大多数科学家所接受的电荷分离机制是：由于积雨云内的空气处于不稳定状态，存在剧烈上升和下降气流，云中的降水粒子，如水滴、冰晶和雹粒等受大气固有电场1作用而极化，正电荷移至粒子下部而负电荷移至粒子上部。上升气流中的中性粒子会与它们碰撞，因为接触点主要在降水粒子下部，所以上升粒子会带走正电荷，并把它们输送到云的上部，形成积雨云下部主要是负电荷。当负电荷累积到足够的数量，便与地面的感应正电荷产生巨大电位差，到达临界点时，会引发放电现象，导至闪电〔图一〕。

图一

1.2 闪电的形成和类型

       积雨云天气容易发生闪电：释放正负电荷

       通常是暴风云(积雨云)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。正电荷和负电荷彼此相吸，但空气却不是良好的传导体。正电荷奔向树木、山丘、高大建筑物的顶端甚至人体之上，企图和带有负电的云层相遇;负电荷枝状的触角则向下伸展，越向下伸越接近地面。最后正负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。

       雷雨天形成闪电强度大：可大气层击穿

       雷雨云所产生的闪电电极之间的火花却可以长时间存在。因为在两根电极之间的高电压可以人为地维持很久，而雷雨云中的电荷经放电后很难马上补充。当聚集的电荷达到一定的数量时，在云内不同部位之间或者云与地面之间就形成了很强的电场。电场强度平均可以达到几千伏特/厘米，局部区域可以高达1万伏特/厘米。这么强的电场，足以把云内外的大气层击穿，于是在云与地面之间或者在云的不同部位之间以及不同云块之间激发出耀眼的闪光。这就是人们常说的闪电。

       闪电形成的类型：普通类型、线状闪电、片状闪电、球状闪电

       普通类型

       最常见的闪电是线形闪电，它是一些非常明亮的白色、粉红色或淡蓝色的亮线，它很像地图上的一条分支很多的河流，又好像悬挂在天空中的一棵蜿蜒曲折、枝杈纵横的大树。

       线状闪电

       线状闪电与其它闪电不同的地方是它有特别大的电流强度，平均可以达到几万安培，在少数情况下可达20万安培。这么大的电流强度，可以毁坏和摇动大树，有时还能伤人。当它接触到建筑物的时候，常常造成“雷击”而引起火灾。线状闪电多数是云对地的放电。

       片状闪电

       片状闪电也是一种比较常见的闪电形状。它看起来好像是在云面上有一片闪光。这种闪电可能是云后面看不见的火花放电的回光，或者是云内闪电被云滴遮挡而造成的漫射光，也可能是出现在云上部的一种丛集的或闪烁状的独立放电现象。

       球状闪电

       球状闪电是闪电形态的一种，亦称之为球闪，民间则常称之为滚地雷。是一种十分罕见的闪电形状，却最引人注目。它像一团火球，有时还像一朵发光的盛开着的"绣球"菊花。它约有人头那么大，偶尔也有直径几米甚至几十米的。

1.3 正负极性闪电

　　夏季雨水充沛，每当雷雨来临时，乌云密布，风雨交加，电光闪闪，雷声隆隆，呈现出自然奇观。

　　雷电给人以神秘感，又具有很大的破坏力，会袭击人畜，毁坏房屋，引起森林大火。在人类对自然还缺乏认识的时代，雷电往往使人感到恐惧。然而，随着气象学，特别是大气电学的发展，今天人们对雷电的认识深刻了许多。

　　云闪和地闪

　　通常将闪电分为地闪和云闪两类，地闪指打到地上的闪电，云闪指发生在云内或云间的闪电，也就是所有没有打到地上的闪电。平均而言，地闪只占全部闪电的1/3以下，而云闪占2/3以上。闪电的发生与强对流云的发展密切联系，云内的第一个闪电几乎总是云闪，有些雷暴云中的闪电可能全部为云闪，所以云闪的研究和探测很重要，而且云闪信息也更具有强对流发展的预警指示意义。

　　由云向天上闪，而不是向地下的放电

　　发生在雷暴云和电离层之间的放电，叫做中高层大气瞬态发光事件，这里也可以比较形象地简称其为“天闪”，代表性的叫“红色精灵”（Red sprite）。其观测难度很大，一是因为发生时间短、位置又不能预测，很难捕捉到；二是发生高度高，必须在几十公里以外才能观测到，所以仪器灵敏度要求高。因为是光学观测，观测场地附近和光学观测路径上视野要好，不能有强光污染，有雾、霾或强降水都不行。　

　　正负地闪

　　正地闪指把云中正电荷转移到地球的闪电；负地闪指把云中负电荷中和到地球的闪电。一般正地闪发生比例低，仅占全部地闪的10%以下，但是强度大，危害也大。负地闪回击的峰值电流强度一般为几万安培，中和电荷量为几库伦到几十库伦；而正地闪回击电流强度与中和电荷量要大几倍，甚至几十倍。　

　　大气中产生正负电荷的概率

　　如果考虑地气系统一起的话，分离开的正、负电荷应该是同样数量的，电荷守恒。

　　通常大地带负电荷，晴天大气带正电荷，因此大气是微弱导电的，电流从电离层流向地面，近地面大气电场约为110伏/米，全球雷暴是维持电离层电位（相对地面250千伏至300千伏）和大气晴天电场的发电机。　

　　上下行闪电和正负地闪

　　上下行闪电都指的是地闪。根据极性，也有上行正地闪、上行负地闪、下行正地闪、下行负地闪之分，只不过后两者相对前两者要多得多，第一种最少。

　　上行闪电，从高建筑物或高塔向上发展。通常地闪都是从云中向地面发展的下行地闪，而上行地闪较少见。随着城市高建筑物、通信塔、风力发电风机增多，这种上行闪电越来越多了。　

　　球形闪电

　　球状闪电有多罕见：有可能肉眼看见过、仪器观测过数百万次闪电，也没有一次球形闪电。其形成机制也很难完全说清楚，物理学家理论和实验室模拟研究很多，理论和假说也不少。国际上的观测证据目前为止只有西北师范大学物理系的一次光谱观测，光谱特征大致支持一种所谓的汽化硅假说：地闪击中大地，土壤中的二氧化硅经闪电冲击，其中的硅被汽化成纯硅，汽化硅与空气中的氧气再结合时产生热量，产生球状发光气团。但问题是有些球状闪电前并没有发生地闪，所以应该还存在其他机制。球状闪电至今仍是我们不能完全解释的大气现象，非常复杂。

1.4 雷声

　　闪电发生的时候，强大的雷电流把闪电通道内的空气急剧加热到一万度以上并击穿，会释放很多的热量。因为有这么多热量，所以空气体积会突然膨胀，产生冲击波，发出巨大的响声。如果雷电距离您很近，您会听到“哗啦”或者“啪”的声音，特别短促，特别响亮。如果站在远处的话，您会听到“呼隆呼隆”或者“轰隆隆”的声音。

1.5 雷电预警

　　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，是发生在雷暴云（积雨云）、云与云、云与地、云与空气之间的击穿放电现象，常伴有强烈的闪光和隆隆的雷声。

　　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。

　　雷电预警信号分三级，分别以黄色、橙色、红色表示。　

　　判断雷电来了没有，收听、收看天气预报的同时可以通过感官来估计： 

　　（1）仰望天气：当空中浓密乌去（积雨云）开始堆积变大变黑、云顶发展很快时，就有可能发生雷暴，此时就要想办法尽快到安全的地方躲一躲。

　　（2）倾听杂音：如果您从小型收音机中听到刺耳的杂音，即表示附近可能有雷雨云。

　　（3）估计距离：判断何时雷暴将到达，最简单的方法是当看到闪电时，通过计算看见闪电与听到雷声的间隔时间长短，来判断你所处位置与落雷的距离。如果间隔长，代表雷电离你远，反之则离你近。

1.6 雷电防御

　　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。

　　雷击易发生的部位有：

　　（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。

　　预防雷电的方法：

　　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。

　　室外防雷： 

　　（1）应迅速躲入防雷设施保护的建筑物内，或者干燥洞穴内，汽车内是躲避雷击的理想地方。

　　（2）远离高压变电室、高压电线和孤立的高楼、烟囱、电杆、大树、旗杆等尖耸、孤立的物体，更不要站在空旷的高地上或在大树下躲雨。不宜进入孤立的棚屋、岗亭等低矮建筑物。绝对远离输电线。

　　（3）找一块地势低洼的地方蹲下，双脚并拢，手放膝上，身体前屈。注意不要人群集中在一起或牵手靠在一起。

　　（4）在郊区或露天操作时，不要使用金属工具，如铁撬棒等。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、摩托车，打雷时切忌狂奔。亦应远离其它金属物体，以免产生导电而被雷电击中。

　　（5）切忌游泳或从事水上作业，尽快离开水面及其他空旷场地。

　　（6）不要穿潮湿的衣服靠近或站在露天金属商品的货垛上。

　　（7）雷雨天气时，严禁在山顶或者高丘地带停留，更要切忌继续登往高处观赏雨景，不要行走或站立在空旷的田野里。雷雨天气时在高山顶上不要开手机，更不要打手机。

　　（8）雷雨天不要触摸和接近避雷装置的接地导线。

　　室内防雷： 

　　（1）一定要关好门窗，尽量远离门窗，阳台和外墙壁。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。

　　（2）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。

　　（3）在房间里最好不要使用任何家用电器，建议拔下所有的电源插头。

　　（4）在雷电天气时不要使用太阳能热水器洗澡。

　　（5）发生雷击火灾时，要赶快切断电源，不要带电泼水不救火，要使用干灭火器等专用灭火器灭火，并迅速拨打“119”或“110”电话报警。

　　发生雷击后要做什么？

　　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，否则会贻误抢救时机而致病死亡。

　　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。

2. 季节

2.1 四季的划分

      四季是一年中春、夏、秋、冬四时的总称。春、夏、秋、冬的每时均为期三个月，其每时的第三个月为季月。季月终了便进入另一时。因为四时中各有一个季月，所以四时亦称“四季”

      在我国四季的划分有不同的标准。

      （1）我国古代以立春为春季开始，立夏为夏季开始，立秋为秋季开始，立冬为冬季开始。

      （2）天文学以地球在环绕太阳运行轨道上的位置来划分四季的。它是以春分为春季开始，夏至为夏季开始，秋分为秋季开始，冬至为冬季开始；即以春分至夏至为春季，夏至至秋分为夏季，秋分至冬至为秋季，冬至至春分为冬季。

      （3）我国民间习惯以夏历（农历）正月、二月、三月为春季，四月、五月、六月为夏季，七月、八月、九月为秋季，十月、十一月、十二月为冬季，并把各季的 3 个月分别称为孟、仲、季，如正月为孟春、二月为仲春、三月为季春，以此类推。但这种分季法与季节冷暖的对应关系并不理想。

      （4）现代气象学上一般以1月为最冷月，7月为最热月，故常以公历3月、4月、5月为春季，公历6月、7月、8月为夏季，公历 9月、10月、11月为秋季，公历 12月与次年 1月、2月为冬季。这样，一年中最冷月（1月）和最热月（7月）刚好分别处于冬季和夏季的中期。这种四季的划分方法一般符合四季分明的温带地区。

      气候学上鉴于各地纬度、地理位置不同，冷暖季节也不同，故改为“候温”标准来划分。就是将一个月划分为六个候，每五日为一候，候温为一候的平均气温。候温划分四季的标准是：10℃～22℃为春季；大于22℃为夏季；22℃～10℃为秋季；小于10℃为冬季。

      根据上海历史资料分析：进入四季的平均日期，冬季为12月上旬；春季为3月中下旬；夏季为5月下旬至6月上旬；秋季为9月下旬至10月上旬。

2.2 季节的成因

       我们都有烤火取暖的体验。当我们正对着炉火时，感觉特别烤人；斜对着时，就不那么热了。此外，如果注意观察，会发现这样一个现象：朝南的房间，冬天充满阳光，而夏天阳光却射不到室内。这说明太阳的高度在变化：冬天太阳低，阳光斜射；夏天太阳高，阳光直射。想想这些现象的道理，与天气冷暖变化联系起来，四季变化形成的原因就不难理解了。

       太阳高度周期性的变化，造成周期性的直射和斜射。太阳高度为什么会有周期性的变化呢？

       地球在绕太阳公转的过程中，地轴始终与轨道面倾斜成66度34分的夹角。由于地轴的倾斜，当地球处在轨道上不同位置时，地球表面不同地点的太阳高度是不同的。从北半球来说，太阳靠北，高度大的时候，太阳直射，热量集中，就好像正对着火炉一样；而且白天长，日照时间长，昼长夜短，必然气温高，这就是夏季。反之，太阳高度小时，阳光斜射地面，热量分散，相当于斜对着火炉；而且白天短，日照时间短，夜晚长，气温则低，这就是冬季；由冬季到夏季，太阳高度由低变高。

       由于地球永不停歇地侧着身子，围绕太阳这个大火炉运转，这种冷暖便不停地交替着，从而形成了寒来暑往的四季。

地球公转形成四季

2.3 至点(春分,秋分,夏至,冬至)

       黄道——黄道和赤道OO'相交于M和N两点，m叫春分点，n叫秋分点，E叫夏至点，E'叫冬至点。

       黄道和赤道在天球上相距180°的两个交点,称为二分点。太阳沿黄道从天赤道以南向北通过天赤道的那一点，称为春分点(M)；与春分点相对的另一点，称为秋分点(N)。黄道上与二分点相距90°的两点，称为二至点。位于赤道以北的那一点，称为夏至点(E)；与夏至点相对的另一点称为冬至点(E')。二分点和二至点通常又合称为分至点。从北黄极向黄道看去，按逆时针方向依次为春分点、夏至点、秋分点和冬至点。太阳在每年的春分（3月21日左右）、夏至（6月22日左右）、秋分（9月23日左右）、冬至（12月22日左右）依次通过天球上的M、E、N、E'四点。在天球上通过天极和二分点的大圆称为二分圈，通过天极和二至点的大圆称为二至圈。

       回归年——假设以m点为起算点，太阳绕黄道一圈又回到m点的时间间隔就称为一个回归年。据现代天文测量，一个回归年等于365.2422日。天极和二分点的大圆称为二分圈，通过天极和二至点的大圆称为二至圈。