18世紀(jì)中葉，美國(guó)B·富蘭克林第一次用風(fēng)箏探明雷擊的本質(zhì)就是電，蘇聯(lián)M·B·羅蒙諾索夫和T·B·里赫曼用自制的測(cè)雷器探測(cè)到雷暴過(guò)境所引起的電火花。18世紀(jì)末，發(fā)現(xiàn)了大氣微弱的導(dǎo)電性，通過(guò)觀測(cè)研究，又逐漸發(fā)現(xiàn)了大氣電場(chǎng)、大氣離子和地球維持有負(fù)電等一系列電學(xué)現(xiàn)象。自20世紀(jì)20～30年代起，逐步在云中起電、閃電物理學(xué)等方面進(jìn)行了較系統(tǒng)的觀測(cè)和研究。50年代以后，大氣電學(xué)的研究，已和空間電學(xué)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，并且探討了大氣電作為日地關(guān)系的中間環(huán)節(jié)，在整個(gè)地球大氣演化和天氣氣候變化中的作用。

人們對(duì)大氣中的許多物理現(xiàn)象，如虹、暈、華、雷、閃電等早已注意，并進(jìn)行過(guò)研究，但內(nèi)容分散在物理、化學(xué)、天文、無(wú)線電等學(xué)科之中。20世紀(jì)40年代以來(lái)，有幾個(gè)重要因素推動(dòng)迅速發(fā)展：

① 隨著人類在大氣中活動(dòng)范圍的迅速擴(kuò)展，大氣物理學(xué)的研究領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。如為了改進(jìn)大氣中的電波通信、光波通信、提高導(dǎo)彈制導(dǎo)水平，就需要了解它們所賴以傳播的大氣介質(zhì)及相互作用，因此就要研究大氣的聲、光、電和無(wú)線電氣象；又如，為避免晴空湍流引起飛機(jī)墮毀的事故，就要研究大氣湍流。

② 由工業(yè)生產(chǎn)排入大氣中的大量氣溶膠和污染物通過(guò)擴(kuò)散造成大氣污染，有些通過(guò)沉降或降水形成酸雨等，又被送到地面，導(dǎo)致土地河流污染、造成對(duì)植物和人類的嚴(yán)重影響。既要發(fā)展生產(chǎn)，又必須使大氣不超過(guò)其對(duì)污染物質(zhì)的稀釋能力，這就要詳細(xì)研究大氣邊界層的物理特性。

③ 生產(chǎn)活動(dòng)和人類的其他活動(dòng)，影響著自然環(huán)境。如大氣中二氧化碳含量逐年增加，影響著大氣輻射過(guò)程和氣候變化規(guī)律。這些又影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，特別是糧食生產(chǎn)。糧食問(wèn)題導(dǎo)致對(duì)氣候變化的關(guān)注，進(jìn)而促進(jìn)了對(duì)大氣輻射問(wèn)題的研究。

④ 工農(nóng)業(yè)用水逐年增加，就必須充分利用大氣中豐富的水分，這就要開發(fā)大氣中的水資源；此外，為避免或減輕天氣災(zāi)害，又推動(dòng)著人工影響天氣試驗(yàn)研究的廣泛開展，從而促進(jìn)了云和降水物理學(xué)的研究。

⑤ 60年代以來(lái)，遙感技術(shù)飛速地發(fā)展起來(lái)，輻射傳輸是遙感的基礎(chǔ)，由此推動(dòng)著大氣輻射學(xué)的研究；人造衛(wèi)星、電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展，新技術(shù)（如激光、雷達(dá)、微波）的應(yīng)用，給研究提供了有力的探測(cè)工具，獲得了更多的探測(cè)資料，從而大大加速進(jìn)程。

大氣電學(xué)主要由晴天電學(xué)和擾動(dòng)天氣電學(xué)兩部分構(gòu)成。

晴天電學(xué)
研究全球范圍晴空地區(qū)發(fā)生的電學(xué)現(xiàn)象及其活動(dòng)過(guò)程。主要是觀測(cè)晴天大氣電場(chǎng)、大氣離子、地空電流、大氣電導(dǎo)率等，弄清它們變化的規(guī)律和原因，研究全球大氣電平衡。晴天電狀態(tài)是大氣正常的電狀態(tài)，它們的變化同天氣狀況和人類活動(dòng)的影響（如工業(yè)污染、核爆炸）有關(guān)，這種關(guān)系的探索和應(yīng)用，是晴天電學(xué)的一個(gè)研究方向。大氣電導(dǎo)率是正比于大氣離子濃度和遷移率的乘積的物理量。由于小離子的遷移率遠(yuǎn)大于大離子，故大氣電導(dǎo)率主要取決于小離子。符號(hào)相同的離子產(chǎn)生的電導(dǎo)率，稱為極性電導(dǎo)率。大氣中正極性電導(dǎo)率()稍大于負(fù)極性電導(dǎo)率()，這和大氣中正離子濃度大于負(fù)離子濃度的事實(shí)相吻合。大氣電導(dǎo)率（）等于正、負(fù)極性電導(dǎo)率之和，在海平面上，其平均值約為 2×10/（歐·厘米）（或1.8×10/秒）。此時(shí)，一個(gè)電荷為Q的孤立導(dǎo)體球，經(jīng)過(guò)時(shí)間=1/4π（約七分半鐘， 稱為張弛時(shí)間）之后，其上的電荷由于傳導(dǎo)作用將減少到 Q/e（e是自然對(duì)數(shù)的底），大約為原電量Q的37％。大氣電導(dǎo)率的變化和大氣電場(chǎng)變化趨勢(shì)相反，它隨高度按指數(shù)律遞增（中、低緯度地區(qū)大氣平均電導(dǎo)率（實(shí)線）及其極值（虛線）隨高度的分布]），這是由于宇宙射線強(qiáng)度隨高度增大、高空空氣密度小而離子遷移率大等因子造成的。

擾動(dòng)天氣電學(xué)
研究云雨等擾動(dòng)天氣，特別是伴隨雷暴發(fā)生的電學(xué)現(xiàn)象及其活動(dòng)過(guò)程，這種活動(dòng)在大氣電學(xué)中占有重要地位，它們是全球大氣電平衡中的原動(dòng)力，同云霧降水過(guò)程密切相關(guān)。擾動(dòng)天氣電學(xué)的內(nèi)容主要包括：①云中起電。研究云中電荷的生成、分離和形成一定分布的過(guò)程。通過(guò)大量觀測(cè)，已對(duì)各種云系中電結(jié)構(gòu)有了一定了解，提出了一些起電理論，但都未臻完善。

雷雨云中產(chǎn)生電荷并形成一定空間分布的過(guò)程，是大氣電學(xué)的重要內(nèi)容之一。 雷雨云中電荷分布模式最先為雷雨云的電偶極子模式：雷雨云上部為中心高度 6公里、半徑2公里、含正電24庫(kù)的區(qū)域，下部為中心高度3公里、半徑 1公里、含負(fù)電20庫(kù)的區(qū)域，云底附近有一個(gè)中心高度1.5公里、半徑0.5公里、含正電 4庫(kù)的區(qū)域（往往稱為正電荷中心）。這是從雷雨云電場(chǎng)探空儀（G.C.辛普森在20世紀(jì)30～40年代利用尖端放電原理制成的）的數(shù)十次探測(cè)結(jié)果歸納出來(lái)的。隨著探測(cè)技術(shù)的改進(jìn)和觀測(cè)資料的積累，對(duì)上述電偶極子模式提出不少修正，如各電荷中心的電量和所在高度均有改變。觀測(cè)還發(fā)現(xiàn)，電偶極子的軸常會(huì)傾斜，某些雷雨云中電荷中心的分布還會(huì)反轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)，但在尚無(wú)更合理的模式之前，仍用電偶極子模式來(lái)代表雷雨云中的電荷分布。

根據(jù)觀測(cè)結(jié)果，雷雨云中的電除上述電偶極子分布外，還有下列特征：①單個(gè)雷暴的降水和電活動(dòng)時(shí)間為30～40分鐘。②云厚至少為3～4公里才能產(chǎn)生強(qiáng)起電和閃電；發(fā)展很高的雷雨云，閃電頻數(shù)要高得多；云中有冰存在的區(qū)域內(nèi)能產(chǎn)生強(qiáng)起電和閃電，但無(wú)冰存在的云內(nèi)偶爾也能產(chǎn)生強(qiáng)起電。③強(qiáng)對(duì)流活動(dòng)和降水兩者是產(chǎn)生閃電的重要條件，但降水小于3毫米/時(shí)的云也能產(chǎn)生閃電。④雷雨云中產(chǎn)生閃電的平均率為每分鐘數(shù)次，要求的起電電流為1安，每次閃電放電大約產(chǎn)生100庫(kù)·公里的電矩變化，相應(yīng)的電荷輸送量為數(shù)十庫(kù)。⑤云中電場(chǎng)強(qiáng)度平均在(2～5)×10⁴伏/米之間，但強(qiáng)起電過(guò)程能產(chǎn)生的云中電場(chǎng)強(qiáng)度大于 4×10⁵伏/米，空間電荷大于2×10^-8庫(kù)/米³。

②雷電物理學(xué)。研究自然閃電和雷的物理特性、形成機(jī)制和發(fā)展規(guī)律，這是大氣電學(xué)中研究得最多且最集中的課題，對(duì)閃電產(chǎn)生的高溫、高壓、高亮度、高功率、強(qiáng)輻射等效應(yīng)的研究，同氣體放電物理、等離子體物理、高速攝影、光譜學(xué)、電磁波輻射和傳播、激震波以及聲波等方面的研究密切相關(guān)。

根據(jù)雷電的各種特征，尤其是電磁輻射特征，已提出各種雷電探測(cè)和定位的方法（見雷電定位）。從60年代以來(lái)，人工消除或誘發(fā)閃電的方法，已取得了一些結(jié)果（見人工抑制雷電）。大氣電學(xué)對(duì)電力、通信、建筑、航空和宇航等部門有重要作用，這些部門的發(fā)展，也促進(jìn)了大氣電學(xué)的研究。隨著人類活動(dòng)領(lǐng)域的擴(kuò)大，大氣電學(xué)的研究已愈來(lái)愈與空間電學(xué)密切結(jié)合在一起。

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大科普網(wǎng) http://www.ikepu.com/geography/atmospheric/branch/atmospheric_electricity_total.htm
澤澤網(wǎng) http://www.zzgwu.com/wiki/index.php?doc-view-306431