《雷電物理學》對近十多年來雷電物理學研究的主要成果進行了系統(tǒng)總結，同時，對早期在雷電研究史上有重要影響的科學事件和探測技術進行了回顧。主要內(nèi)容包括雷暴云電荷結構和起電機制，負地閃放電物理過程，正地閃、云閃和其他類型閃電，人工引發(fā)雷電、雷電探測和定位技術，雷電的天氣氣候?qū)W特征，雷暴云上方的中高層大氣瞬態(tài)發(fā)光事件，以及雷暴或雷電誘發(fā)的高能輻射現(xiàn)象等。
《雷電物理學》是雷電研究人員或研究生的重要參考書，也可作為雷電科學、大氣科學、絕緣與高電壓等專業(yè)的本科生教材，同時也是從事雷電防護工程技術人員的重要參考書。
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目錄
序
前言
第1章 雷電研究史上的里程碑 1
1.1 富蘭克林風箏實驗與避雷針 1
1.2 雷電光譜和基于Boys相機的條紋照相 3
1.3 雷暴云內(nèi)電荷結構與Simpson電場探空 4
1.4 雷電電流測量與Berger回擊峰值電流分布 5
1.5 全球大氣電路概念與Carnegie曲線 7
第2章 雷暴云電荷結構和起電機制 9
2.1 晴天大氣電學概述 9
2.1.1 地球大氣分層和大氣離子 9
2.1.2 全球大氣電路與電平衡 11
2.2 雷暴云的形成和地面電場 14
2.2.1 雷暴云的形成和分類 14
2.2.2 雷暴云產(chǎn)生的地面電場及時間演化 16
2.3 雷暴云電場探空和云內(nèi)電荷結構 18
2.3.1 雷暴云電場探空技術 18
2.3.2 單體雷暴的電荷結構 21
2.3.3 中尺度對流系統(tǒng)的電荷結構 21
2.3.4 日本冬季雷暴的電荷結構 24
2.3.5 中國內(nèi)陸高原地區(qū)雷暴的電荷結構 26
2.4 雷暴云內(nèi)的主要起電機制 28
2.4.1 非感應起電機制 29
2.4.2 感應起電機制 33
2.4.3 離子擴散起電機制 35
2.4.4 離子電導起電機制 35
2.4.5 次生冰晶起電機制 36
2.5 雷暴云電荷結構的數(shù)值模擬 36
2.5.1 電荷連續(xù)性方程與電場求解 37
2.5.2 閃電放電過程的參數(shù)化 38
2.5.3 基于云分辨模式的雷暴云電荷結構和放電通道模擬 40
2.5.4 基于中尺度氣象模式的雷暴云電荷結構模擬 42
第3章 下行負地閃放電過程 45
3.1 下行負地閃物理過程概述 46
3.2 預擊穿過程 46
3.3 下行負先導過程 49
3.3.1 光學發(fā)展特征和先導特征參數(shù) 49
3.3.2 負先導產(chǎn)生的地面電場變化 51
3.3.3 先導發(fā)展機制討論 53
3.3.4 負先導過程的靜電學模式 55
3.3.5 具有多接地點的負先導 57
3.4 連接過程 59
3.5 回擊過程 61
3.5.1 回擊電流波形 61
3.5.2 回擊產(chǎn)生的地面電場變化 67
3.5.3 回擊輻射場的頻譜特征 70
3.5.4 回擊電流模型 71
3.5.5 回擊電磁場計算 76
3.6 閃擊間的過程 81
3.6.1 連續(xù)電流 82
3.6.2 M 分量 84
3.6.3 K變化 85
第4章 正地閃、云閃和其他類型閃電 88
4.1 正地閃 88
4.1.1 正地閃初始擊穿 88
4.1.2 下行正先導 90
4.1.3 正地閃回擊電流和電場變化 92
4.1.4 正地閃連續(xù)電流和M 分量 96
4.2 上行閃電 98
4.3 雙極性地閃 102
4.4 云閃 105
4.5 袖珍云閃 109
4.6 球狀閃電 112
4.6.1 球狀閃電的一般理論 113
4.6.2 實驗室人造球狀閃電 114
4.6.3 利用人工引發(fā)雷電技術制造球狀閃電 119
第5章 人工引發(fā)雷電及應用 122
5.1 火箭導線人工引雷技術的原理 122
5.2 國內(nèi)外人工引雷實驗概況 124
5.3 傳統(tǒng)人工引雷的物理過程 126
5.3.1 初始連續(xù)電流過程 126
5.3.2 上行正先導 128
5.3.3 下行箭式負先導 131
5.3.4 人工引發(fā)雷電的連接過程 132
5.3.5 回擊電流波形及M 分量 135
5.3.6 人工引發(fā)雷電與自然雷電回擊電流的對比 147
5.4 空中人工引發(fā)雷電放電過程 147
5.5 人工引發(fā)雷電的近距離電磁場 152
5.5.1 距雷電通道0.1～5m范圍的極近距離電場 152
5.5.2 距雷電通道10～30m的電磁場 153
5.5.3 距雷電通道60～550m的電磁場 155
5.5.4 人工引發(fā)雷電的遠距離回擊電磁輻射 156
5.6 人工引發(fā)雷電技術的應用 158
第6章 雷電探測和定位技術 162
6.1 傳統(tǒng)的雷電探測技術 162
6.1.1 大氣平均電場儀 163
6.1.2 快、慢天線雷電電場變化儀 164
6.1.3 雷電磁場探測儀與磁定向法 165
6.2 雷電VHF/UHF輻射源定位技術 167
6.2.1 長基線時間差法雷電VHF輻射源三維定位技術 168
6.2.2 短基線時間差法雷電VHF輻射源定位技術 174
6.2.3 雷電VHF窄帶干涉儀定位技術 176
6.2.4 雷電VHF/UHF寬帶干涉儀定位技術 179
6.2.5 VHF輻射源定位系統(tǒng)的優(yōu)勢及不同系統(tǒng)之間的比較 180
6.3 地基VLF/LF雷電定位系統(tǒng) 182
6.3.1 VLF/LF頻段的雷電定位系統(tǒng) 182
6.3.2 VLF頻段的雷電定位系統(tǒng) 184
6.3.3 舒曼共振雷電探測系統(tǒng) 185
6.4 星載雷電探測系統(tǒng) 185
6.4.1 雷電光學探測器LIS/OTD 185
6.4.2 FORTE衛(wèi)星的射頻和光學雷電同步探測系統(tǒng) 187
第7章 雷電的天氣氣候?qū)W特征 188
7.1 雷暴尺度的雷電特征 188
7.1.1 冰雹云 188
7.1.2 颮線 192
7.1.3 熱帶氣旋 196
7.1.4 正極性地閃與災害性天氣 201
7.1.5 雷電與雷暴動力、微物理和降水的關系 204
7.2 全球雷電活動和地域差別 209
7.2.1 全球雷電活動的時空分布和區(qū)域特征 209
7.2.2 中國及周邊地區(qū)雷電活動的時空分布 212
7.3 雷電活動與氣候變化 215
7.3.1 雷電活動對地面溫度的響應 215
7.3.2 雷電與對流層上部的水汽 217
7.3.3 雷電產(chǎn)生的氮氧化物（LNOx） 218
7.3.4 氣溶膠對雷電活動的影響 219
第8章 雷暴云上方的大氣瞬態(tài)發(fā)光事件 222
8.1 瞬態(tài)發(fā)光事件的形態(tài)特征及其與雷電的聯(lián)系 222
8.1.1 紅色精靈 223
8.1.2 藍色噴流 227
8.1.3 巨大噴流 228
8.2 中高層大氣瞬態(tài)發(fā)光事件的物理機制 232
8.3 中高層大氣瞬態(tài)發(fā)光事件的可能影響 233
第9章 與雷暴或雷電有關的高能輻射 235
9.1 與雷暴有關的高能輻射現(xiàn)象 235
9.2 雷電放電過程產(chǎn)生的高能輻射 237
9.3 地球γ射線閃 240
9.4 雷電高能輻射的產(chǎn)生機制 243
9.4.1 相對論電子逃逸擊穿機制 243
9.4.2 逃逸擊穿的正反饋機制 245
9.4.3 強場逃逸擊穿機制 247
9.4.4 其他機制 247
參考文獻 249
第1章 雷電研究史上的里程碑
雷電（也稱為“閃電”）是雷暴天氣中發(fā)生的一種長距離瞬時放電現(xiàn)象。自然界中1/3左右的雷電會擊中地球，被稱為地閃。地閃放電過程產(chǎn)生的大峰值電流、高峰值功率、炙熱高溫、強電磁輻射和沖擊波等物理效應，會對地面建筑物、森林、電力和電子設備、航空、航天、通信等產(chǎn)生破壞作用，甚至威脅人的生命。歷史上很早就有高建筑物遭雷擊的記錄，如威尼斯大約100m 高的圣馬可鐘樓（CampanilediSanMarco）曾多次遭雷擊損壞。1752年本杰明?富蘭克林（BenjaminFranklin，1706—1790）發(fā)明避雷針，1766年圣馬可鐘樓安裝了這種避雷針，此后，再沒有被雷擊損壞的記錄（Rakovand Uman，2003）。
雷電放電因電離空氣和伴隨的光化學作用而成為自然界中氮氧化物（NOx）的重要產(chǎn)生源。雷電產(chǎn)生的氮氧化物不僅因固氮而在全球氮循環(huán)中起著重要作用，同時也對自然界中的臭氧產(chǎn)生影響，因此雷電對地球生態(tài)系統(tǒng)的演化也有重要貢獻。盡管地球上的生命演化已經(jīng)有三百多萬年的歷史，但是地球上雷電的存在遠遠早于生命的出現(xiàn)，有研究表明，雷電對地球上的生命起源可能有重要作用，生命起源以前的大氣放電產(chǎn)生了諸如氰化氫和氨基酸等生命起源所必需的有機分子（Oparin，1938；MillerandUrey，1959；Sanchezetal.，1967；Baretal.，1984）。
雷電作為自然界中一種壯觀的自然現(xiàn)象，很早就吸引了眾多科學家的關注。本章對早期開展的一些主要雷電研究進行簡要回顧，并著重介紹在20世紀70年代以前對雷電認識具有里程碑意義的重要事件或重要技術。
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