为什么会有雷、闪电、风和雨呢？

【专家解说】：风是怎么形成的：形成风的直接原因，是气压在水平方向分布的不均匀。风受大气环流、地形、水域等不同因素的综合影响，表现形式多种多样，如季风、地方性的海陆风、山谷风、焚风等。简单地说，风是空气分子的运动。要理解风的成因，先要弄清两个关键的概念：空气和气压。空气的构成包括：氮分子（占空气总体积的78%）、氧分子（约占 21%）、水蒸汽和其他微量成分。所有空气分子以很快的速度移动着，彼此之间迅速碰撞，并和地平线上任何物体发生碰撞。 气压可以定义为：在一个给定区域内，空气分子在该区域施加的压力大小。一般而言，在某个区域空气分子存在越多，这个区域的气压就越大。相应来说，风是气压梯度力作用的结果。 而气压的变化，有些是风暴引起的，有些是地表受热不均引起的，有些是在一定的水平区域上，大气分子被迫从气压相对较高的地带流向低气压地带引起的。 大部分显示在气象图上的高压带和低压带，只是形成了伴随我们的温和的微风。而产生微风所需的气压差仅占大气压力本身的1%，许多区域范围内都会发生这种气压变化。相对而言，强风暴的形成源于更大、更集中的气压区域的变化。 雨是怎么形成的： 地球上的水受到太阳光的照射后，就变成水蒸气被蒸发到空气中去了。水汽在高空遇到冷空气便凝聚成小水滴。这些小水滴都很小，直径只有0.01～0.02毫米，最大也只有0.2毫米。它们又小又轻，被空气中的上升气流托在空中。就是这些小水滴在空中聚成了云。这些小水滴要变成雨滴降到地面，它的体积大约要增大100多万倍。这些小水滴是怎样使自己的体积增长到100多万倍的呢？它主要依靠两个手段,其一是凝结和凝华增大。其二是依靠云滴的碰并增大。在雨滴形成的初期，云滴主要依靠不断吸收云体四周的水气来使自己凝结和凝华。如果云体内的水气能源源不断得到供应和补充，使云滴表面经常处于过饱和状态，那么，这种凝结过程将会继续下去，使云滴不断增大，成为雨滴。但有时云内的水气含量有限，在同一块云里，水气往往供不应求，这样就不可能使每个云滴都增大为较大的雨滴，有些较小的云滴只好归并到较大的云滴中去。 如果云内出现水滴和冰晶共存的情况，那么，这种凝结和凝华增大过程将大大加快。当云中的云滴增大到一定程度时，由于大云滴的体积和重量不断增加，它们在下降过程中不仅能赶上那些速度较慢的小云滴，而且还会“吞并”更多的小云滴而使自己壮大起来。当大云滴越长越大，最后大到空气再也托不住它时，便从云中直落到地面，成为我们常见的雨水。 地球上的水受到太阳光的照射后，就变成水蒸气被蒸发到空气中去了。 水汽在高空遇到冷空气便凝聚成小水滴。这些小水滴都很小，直径只有0.01 ～0.02毫米，最大也只有0.2毫米。它们又小又轻，被空气中的上升气流托 在空中。就是这些小水滴在空中聚成了云。 这些小水滴要变成雨滴降到地面，它的体积大约要增大100多万倍。这 些小水滴是怎样使自己的体积增长到100多万倍的呢？它主要依靠两个手段, 其一是凝结和凝华增大。其二是依靠云滴的碰并增大。在雨滴形成的初期，云滴主要依靠不断吸收云体四周的水气来使自己凝 结和凝华。如果云体内的水气能源源不断得到供应和补充，使云滴表面经常 处于过饱和状态，那么，这种凝结过程将会继续下去，使云滴不断增大，成 为雨滴。但有时云内的水气含量有限，在同一块云里，水气往往供不应求， 这样就不可能使每个云滴都增大为较大的雨滴，有些较小的云滴只好归并到 较大的云滴中去。 如果云内出现水滴和冰晶共存的情况，那么，这种凝结和凝华增大过程 将大大加快。当云中的云滴增大到一定程度时，由于大云滴的体积和重量不 断增加，它们在下降过程中不仅能赶上那些速度较慢的小云滴，而且还会“ 吞并”更多的小云滴而使自己壮大起来。当大云滴越长越大，最后大到空气 再也托不住它时，便从云中直落到地面，成为我们常见的雨水。 雷电是怎样形成的： 通常人们认为闪电是由大气层中的电场作用形成的。但是，来自佛罗里达技术协会的天体物理学家约瑟夫-德怀尔(Joseph Dwyer)表示，大气层中的电场产生闪电这一理论是错误的，大气层中的电场不可能达到产生闪电的电场强度。 德怀尔曾从事高能量微粒的研究工作，两年前他来到佛罗里达研究中心。在佛罗里达研究中心，聚集了许多从事闪电研究的科研人员。当德怀尔从学术报告中了解到伽马射线和X射线与闪电的形成有密切关系时，他对此产生了浓厚的兴趣并致力于该领域的研究。 许多科学家相信，当大气中形成强大的电场便能够产生闪电。尽管没有任何人真正看到这样的电场，但是，这些科学家仍确信这是闪电形成的正确解释。当德怀尔建立一个高能量辐射模型用来描述地球大气层电场的形成时，模型的实验结果使他为之震惊。他发现电场中伽马射线和X射线释放的能量，可为电场提供足够的电场强度产生闪电。在雷雨天气中，上升气流和下降气流推动水分子互相作用，释放出电子从而增强了电场强度，这些电子最终以接近光速的速度穿越空气。依据德怀尔的闪电形成理论，这些高速电子在电场中伽马射线或者X射线释放的能量作用下，与大气层其他微粒发生碰撞便产生强大的雷鸣声，并释放出电荷。 曾致力于闪电形成研究的佛罗里达大学马丁-乌曼(Martin Uman)称，“这项发现可能是科学理论的一个重大突破。德怀尔的理论还展示了闪电产生所需的伽马射线和X射线强度。”但是，对于闪电形成的确切解释尚仍不能定论。目前，德怀尔仍猜测某些特定条件下的电场也可以聚集足够的电场强度从而产生闪电。 雪是怎么形成的： 我们都知道,云是由许多小水滴和小冰晶组成的，雨滴和雪花是由这些小水滴和小冰晶增长变大而成的。那么，雪是怎么形成的呢? 在水云中，云滴都是小水滴。它们主要是靠继续凝结和互相碰撞并合而增大成为雨滴的。 冰云是由微小的冰晶组成的。这些小冰晶在相互碰撞时，冰晶表面会增热而有些融化，并且会互相沾合又重新冻结起来。这样重复多次，冰晶便增大了。另外，在云内也有水汽，所以冰晶也能靠凝华继续增长。但是，冰云一般都很高，而且也不厚，在那里水汽不多，凝华增长很慢，相互碰撞的机会也不多，所以不能增长到很大而形成降水。即使引起了降水，也往往在下降途中被蒸发掉，很少能落到地面。 最有利于云滴增长的是混合云。混合云是由小冰晶和过冷却水滴共同组成的。当一团空气对于冰晶说来已经达到饱和的时候，对于水滴说来却还没有达到饱和。这时云中的水汽向冰晶表面上凝华，而过冷却水滴却在蒸发，这时就产生了冰晶从过冷却水滴上"吸附"水汽的现象。在这种情况下，冰晶增长得很快。另外，过冷却水是很不稳定的。一碰它，它就要冻结起来。所以，在混合云里，当过冷却水滴和冰晶相碰撞的时候，就会冻结沾附在冰晶表面上，使它迅速增大。当小冰晶增大到能够克服空气的阻力和浮力时，便落到地面，这就是雪花。 在初春和秋末，靠近地面的空气在0℃以上，但是这层空气不厚，温度也不很高，会使雪花没有来得及完全融化就落到了地面。这叫做降"湿雪"，或"雨雪并降"。这种现象在气象学里叫“雨夹雪”。 雪的成因：形成降雪必须具备两个条件： 一个条件是水汽饱和。空气在某一个温度下所能包含的最大水汽量，叫做饱和水汽量。空气达到饱和时的温度，叫做露点。饱和的空气冷却到露点以下的温度时，空气里就有多余的水汽变成水滴或冰晶。因为冰面饱和水汽含量比水面要低，所以冰晶生长所要求的水汽饱和程度比水滴要低。也就是说，水滴必须在相对湿度（相对湿度是指空气中的实际水汽压与同温度下空气的饱和水汽压的比值）不小于100%时才能增长；而冰晶呢，往往相对湿度不足100%时也能增长。例如，空气温度为-20℃时，相对湿度只有80%，冰晶就能增长了。气温越低，冰晶增长所需要的湿度越小。因此，在高空低温环境里，冰晶比水滴更容易产生。 另一个条件是空气里必须有凝结核。有人做过试验，如果没有凝结核，空气里的水汽，过饱和到相对湿度500%以上的程度，才有可能凝聚成水滴。但这样大的过饱和现象在自然大气里是不会存在的。所以没有凝结核的话，我们地球上就很难能见到雨雪。凝结核是一些悬浮在空中的很微小的固体微粒。最理想的凝结核是那些吸收水分最强的物质微粒。比如说海盐、硫酸、氮和其它一些化学物质的微粒。所以我们有时才会见到天空中有云，却不见降雪，在这种情况下人们往往采用人工降雪。