惊天动地的雷声，划破长空的闪电，充满着一种狂暴与神秘的力量，古人对它更是心存敬畏，把雷鸣电闪与上苍惩恶除奸联系在一起，给它披上了正义的外衣。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。下面就介绍一下雷电的基础知识。
雷与雷鸣
所谓雷是因为在下雨的时候，带异性电的两块云相接，空中闪电发出强大的声音。
闪电是一种放电现象，它是雷雨云体内各部分之间或云体与地面之间，由于有不同的带电性质而形成很强的电场。因为闪电通道狭窄、通过的电流太多，这就导致闪电通道中的空气柱被烧得白热发光，并使周围空气受热而突然膨胀，即使云滴也会在高热的条件下突然发生汽化膨胀，这样就导致了雷鸣的产生，它是一种巨大的声响。在云体内部与云体之间产生的雷为高空雷；在云对地面闪电中产生的雷为“落地雷”。
在闪电的时候，由于其通路中的空气突然剧烈增热，温度特别高，所以导致空气急剧膨胀，通道附近的气压可增至一百个大气压以上。
随后发生冷却，空气收缩，压力降低。
这一切发生的时间特别短暂，仅有千分之几秒，因此，在闪电发生的同时就会有冲击波。冲击波以相当高的速度向四面八方传播，在传播过程中，它的能量很快衰减，而波长则逐渐增长。闪电发生过后的瞬时，冲击波就演变成了声波，此时，人们就会听见雷声。
除此之外，还有另外一种说法，即雷鸣是在高压电火花的作用下，因为空气和水汽分子分解而形成的瓦斯发生爆炸时所产生的声音。在雷鸣的声音最初产生的时间内有着与爆炸相同的声波。这种爆炸声波传播的速度特别快，在很短时间内就可以演变为普通声波。
从听觉上来讲，雷鸣可以分为两种：一种是清脆响亮，它如爆炸声一样，因此被称为“炸雷”；另一种是沉闷的轰隆声，也叫“闷雷”。
除此之外，还有一种低沉而经久不歇的隆隆声，它的声音如同推磨声，所以被称为“拉磨雷”，但它只是闷雷的一种形式。
通常来说，炸雷是距观测者很近的云对地闪电所发出的声音。此时，观测者在见到闪电之后，马上就听到雷声；有的时候看到闪电的时候就能听见雷声。由于闪电就在观测者附近，它的爆炸波还来不及变成普通声波，因此此时的声音就如爆炸声。
如果云中闪电时，雷声在云里面经过多次反射，在爆炸波分解时，又产生许多频率不同的声波，它们互相干扰，此时人们听到雷声的感觉是特别沉闷，这就是闷雷。通常，闷雷的响声比炸雷来得小，并不是特别吓人。
长时间的闷雷就是拉磨雷。雷声拖长的原因主要是声波在云内的多次反射以及远近高低不同的多次闪电所产生的效果。另外，在声波遇到一些海拔高的物体时会发生反射。有的声波要经过多次反射。这多次反射有可能在很短的时间间隔内先后传入我们的耳朵。因此，有的雷声很长，像是在拉磨。
认识闪电闪电或闪电放电，一般指雷暴天气雷雨云产生的云闪和云地闪电。
这种超长距离的闪电、放电产生强大的电流，同时还会伴随强烈的发光、高温、电磁辐射，冲击波和隆隆雷声，光、电磁和声发射是同一个闪电放电过程产生的不同物理效应和现象。
闪电蕴含了巨大的能量，破坏力惊人，它犹如一把利剑刺破长空，直径5厘米的脉冲电能以14.5万千米/秒的高速穿过大气层，由于速度太快，人们根本不可能见到闪电是怎样由云层冲向地面的。击中一棵大树时，闪电会使树内的汁液立即沸腾，汁液快速汽化，能使大树爆碎。
当闪电刺破夜空时，我们常常会感到，在街市里奔跑的行人、疾驰的车辆，仿佛在一刹那间都停滞了。造成这种停滞景观的原因，就在于闪电持续的时间极其短促，每次持续时间通常不过万分之一秒，最长的也不超过千分之一秒。在这样短暂的一瞬间，人们的眼睛不能觉察出其他物体位置的移动，于是，周围的一切好像都停滞不动了。
在这样转瞬即逝的短时间内，划过天空窜落到地面的闪电长度较短，一般不会超过几千米，而完全在空中活动的闪电长度就比较长。
苏联科学家曾专门乘坐飞机到发生雷暴的云层中进行过探测，有一次探测到一条刚好和飞机的飞行路线相平行的闪电，它的长度在50千米~60千米之间。据说，美国科学家曾探测到长达150千米的闪电。
闪电的最常见形式是线状闪电，偶尔也可出现带状、球状、串球状、枝状、箭状闪电等等。
1.线状闪电。线状闪电与其他放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。
2.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遮挡而造成的漫射光，也可能是出现在云上部的一种密集的或闪烁状的独立放电现象。片状闪电经常是在云的强度已经减弱，降水趋于停止时出现的。它是一种较弱的放电现象，多数是云中放电。
3.球状闪电。球状闪电的直径从0.15~2米不等，也有超过5米的，一般发生在雷区。它像一团火球，有时还像一朵发光盛开着的“绣球”
菊花。有时在空中慢慢转游，有时又悬在空中完全不动。有时发出白光，有时又发出像流星一样的粉红色光。“喜欢”钻洞，有时可以从烟囱、窗户、门缝钻进屋内，在房子里转一圈后又溜走。有时发出“咝咝”的声音，然后一声闷响而消失，有时又只发出微弱的噼啪声而不知不觉地消失。球状闪电消失后，可能在空气中留下一些有臭味的气烟，有点像臭氧的味道。其生命史不长，大约为几秒钟到几分钟，且其行进速度也很快，比人类奔跑速度要快得多，大约速度在每秒几米至几十米不等，具体要看火球的大小而定。
经常袭击生命体，并释放出强大的能量，所以避免被球状闪电击中的方法是一动不动，并且不发出声响。
4.带状闪电。它由连续数次的放电组成，在各次闪电之间，闪电路径因受风的影响而发生移动，使得各次单独闪电互相靠近，形成一条带状。带的宽度约为10米。这种闪电如果击中房屋，可以立即引起大面积燃烧。
5.联珠状闪电。联珠状闪电看起来好像一条在云幕上滑行或者穿出云层而投向地面的发光点联线，也像闪光的珍珠项链。有人认为联珠状闪电似乎是从线状闪电到球状闪电的过渡形式。联珠状闪电往往紧跟在线状闪电之后接踵而至，几乎没有时间间隔。
闪电的形成
按照国际惯例，一次完整的闪电过程定义为一次闪电，其持续时间为几百毫秒到1秒钟不等。一次闪电包括一次或者几次大电流脉冲过程，被称为“闪击”，而其中最强的快变化部分叫“回击”。闪击之间的时间间隔一般为几十毫秒，对地闪电在人眼中所呈现的闪烁，便是由几次闪击所造成的。
1.负地闪
负地闪过程将云内的负电荷输送入地，一次负地闪过程通常可中和几十库仑的云中电荷，它以持续时间为几毫秒到几百毫秒的云内预击穿过程开始，之后是从云到地以间歇性突跳式行进的梯级先导过程，梯级先导过程在几十毫秒内向下输送大于10库仑以上的负极性云电荷，先导电流平均为300安。当梯级先导头部接近地面时，在地面的自然尖端或高大建筑物等突出物体上将诱发一个或几个以上行先导，由此产生连接过程。当下行先导头部与上行先导接触时，随即发生首次回击过程。回击上行的速度约为光速的1/3，峰值电流平均约为30千安，上升时间约为几微秒。首次回击结束后，放电过程如果停止，则称为单闪击闪电，如果在较短的时间内发生以直窜先导或直窜一梯级先导引导的后继回击，则为多闪击闪电。
2.正地闪
正地闪的放电过程与负地闪类似，都由云内的预击穿过程开始，之后是从云到地的先导和回击过程。
但正地闪回击次数一般较少，通常只有一次回击。雷暴中以中和负极性电荷的负地闪为主，但在雷暴的消散阶段、中尺度对流系统的层状云区，产生冰雹、龙卷风等灾害性天气过程的超级风暴中都时常出现大量的正地闪，更重要的是正地闪的发生发展具有其独特性。观测结果显示正地闪的最大回击电流有时可达300千安，中和的电荷量达几百库仑，它的连续电流的幅值比负地闪的大一个量级，其回击的上升时间较负地闪回击要稍长。由于正地闪具有中和电荷量多和回击电流大，并常常带有持续时间较长的连续电流而更易引起诸如森林火灾、油库爆炸等更为严重的雷电事故。
不同地区正地闪占全部地闪的比例有较大差别，从0~100%不等。
比例最高的是日本的冬季雷暴，最高可达100%，通常在40%~90%之间。一般来讲，虽然在夏季雷暴中正地闪较为罕见，但是其发生的比例会随着纬度的增加和地面海拔高度的增加而增加。随着海拔高度的增加，正地闪发生的比例也增加，在海平面上比例约为3%，在海拔高度为2~4千米的地方，则为30%。这个比例的大小很可能与雷暴的电荷结构有关，但目前还没有明确的结论，仍是一个非常值得研究的问题。
3.云闪
云闪是最经常发生的一种闪电放电事件，云闪持续时间与地闪类似，平均为半秒钟。一个典型的云闪放电过程可以传播5~10千米的距离，中和电荷几十库仑。根据地面电场变化观测结果分析推断：云闪放电一般开始于连续传播的流光，当流光遇到极性相反的电荷源时，便引发类似于地闪回击的放电过程称为反冲流光，与此相伴的电场叫做K变化，对应于小而快速的电场变化。一般将云闪分为初始、活跃和结束三个阶段，约占云闪整个持续时间一半时间的初始和活跃阶段与通道垂直延伸有关。最近利用先进的三维雷电观测系统LMA发现：
云闪放电呈现双层结构，上下两层通道分别在正负电荷区内水平延伸和扩展，有一个垂直短通道把这两层通道连接起来；在具有三极性电荷结构的雷暴云中，云内放电不仅发生于上部正电荷区与中部主负电荷区之间，还存在着反极性放电过程。它起始于中部负电荷区，向下传输到下部正电荷区后水平发展；除极性相反外，其特性与发生在上部正电荷区与中部主负电荷区的闪电一致，进一步证实雷暴下部正电荷区的存在并且参与放电过程。云闪由于发生在云内，受云体的遮挡，对其进行直接的观测较困难，同时由于对地面的影响相对较弱，从而没有引起人们足够的重视。但随着雷电探测技术的提高，特别是微电子技术的广泛采用，云闪产生的电磁脉冲对电子设备的影响越来越严重，人们也越来越关注云闪放电特性。尤其是反极性云闪的发现，由于它发生的位置较低，对地物的影响更大，但其发生发展机制的研究才刚刚开始，这将进一步促进人们对云闪过程的研究。
雷电物理过程的研究仍将是今后相当长一段时问内的主要任务，特别是雷电不同放电过程的超高频电磁辐射特征、放电的发展和演化过程、放电所伴随的电、光、声效应，以及不同地区雷电放电过程的异同等，这些问题的揭示，将有针对性地开展科学的雷电防护、减少雷电灾害起到重要的指导作用。
神奇的地闪电流
1.电流
地闪的电流是防雷工程中最为重要的电参量之一。主要包括先导电流、回击电流、连续电流等。
梯式先导电流的平均电流强度一般为102安左右。单个梯式的先导电流可达5×102~2.5×103安，直窜先导电流的电流强度一般约为103安。
回击电流则是幅度很大的脉冲电流，其峰值一般可达1×104安~3×104安，所以称它为主放电，一般防雷主要是考虑它的作用。
连续电流的电流强度一般为1.5×102安左右，其变化范围为3×102~1.6×103安，持续时间为50~500毫秒。
1970年代在南非一块相对平坦地区的一座60米高的塔上进行了闪电电流的测量。塔与地绝缘，闪电电流是在塔底通过电流变压器和罗柯夫斯基线圈（通过电磁感应）来测量的。结果发现在观测到的闪电中有超过50%的闪电是由常见的下行负梯级先导引发的，但没有观测到正地闪。在这些测量中发现非常快的电流上升时间，这在当时其他研究中未曾观测到。他们的结果还发现有95%的后继回击电流峰值大于4.9千安，50%的后继回击电流峰值大于12千安，还有5%的闪电电流大于9千安。其他地区如在日本、澳大利亚、巴西、哥伦比亚等地也利用矮塔进行了雷电流测量。
2.闪电的电磁辐射
（1）静电感应
雷雨云临空，裸露的金属板（如金属屋顶）由于静电感应而带上与积雨云中下部电荷异号的电荷，这时金属屋顶面与积雨云间可组成一个电容器，电力线从云中电荷指向金属屋面，或者相反。这个电场对电容器外的地面物可以说作用很微弱，金属屋面所带的电荷是被束缚住的。但是积雨云一旦放电，雷击附近地区，积雨云下部的电荷消失，这时金属屋顶面所带的电荷如果不能迅速地泄放，它与邻近的地面物体之间就可以产生很高的电位差（即高电压），甚至发生闪络，造成雷击危害。这种形式的雷击起因于静电感应，被称为感应雷击，或称为二次雷效应。要减少这种雷害，就得设法使金属屋面的感应电荷迅速减少，为此必须按照防雷工程设计要求，架设几条足够粗的金属导体，把它与金属屋面焊接之后良好地接地，以泄放电荷。
（2）雷电电磁辐射
强烈的闪电放电过程中产生静电场变化、磁场变化和电磁辐射，覆盖从极低频到超高频的很宽频带范围。
近距离地闪感应场和静电场变化的频谱能量主要分布在10千赫兹以下，而远距离闪电电磁辐射的频谱峰值在1~10千赫兹之间。
各种放电过程所发出的电磁波，其传播受到大地电导率、大气状况及电离层多次反射的影响，产生传播衰减。虽然闪电放电辐射频谱极宽，但只有甚低频电磁波部分可以传播到几千千米远。由于地面和电离层波导传播的舒曼共振效应，使得频率8.0，14.1，20.3和26.4赫兹的极低频（ELF）分量能够在全球范围观测到；另外，由于低于5兆兹的闪电电磁辐射全部被电离层反射，只有高于5兆兹的高频闪电电磁辐射能够穿透电离层，被卫星观测到。光波也是可以穿过大气层的，所以能够在卫星上进行全球摄像观测闪电。
