你知道风雨雷电的真正成因吗？.doc

兼论空气、水、土壤的起源作者：张宝盈关键字：关键词：太阳加热顶层大气、等离子体向低层大气对流、等离子体复合成雨风雨雷电，是最为人们所熟知，最贴近人们的耳目感官，人人可得而观之的自然现象然而，对于这些司空见惯的现象，人类却迄今没有得到对他们的完整认识，许多奥秘尚未揭开诸如所谓“云中起电”的机制，云滴、雨滴的生成机制等等，都未形成与观测事实相一致，能说明各种现象的理论体系一、风雨成因的现代解释对于风的成因，目前一般解释为，一是由于太阳加热地面导致的空气热对流；再就是由于温度高的气体膨胀，密度小，温度低的气体收缩，密度大，这样在冷空气和暖空气之间会出现水平气压梯度力，在水平气压梯度力的作用下，气压高的冷空气就会向气压低的暖空气中流动，于是就形成了风此外，还有地球自转以及天体引潮力的影响等然而，这样的机制似乎只能解释一些平稳、微弱的小风、微风，不能解释台风、龙卷风、飓风、飑风等等之类的强风一方面，台风、龙卷风的涡旋特征难以用“气压梯度力”或“热对流”加以说明，另一方面，它的猛烈程度、巨大的风速以及所谓飑风的爆发性，都难以用“气压梯度力”和“热对流”加以说明如“对强台风，海洋上最大风速一般可达6070米/秒，曾经观测到最大风速为110米/秒的台风”1不言而喻，“热对流”和“水平气压梯度力”都不足以产生这样的强风因为人所共知，水即使被加热到100，也只是表现为并不太剧烈的沸腾而已；空气被加热时如烟囱中冒出的烟，虽然被数百度乃至上千度的高温烘烤着，其运动速度往往也并不很剧烈更不用说因太阳辐射导致的低层大气温度常常只有数十度，温差也并不很大，更不足以引起类似飓风、台风、飑风这样十分猛烈的强风对于雨、雪的成因，现代科学解释为：雨雪是由海洋、江河湖泊中的水受太阳照射蒸发，进入大气，由于太阳加热地面导致空气对流上升，含有水蒸汽的空气进入高空遇冷而重新凝结为云，云粒子又发生碰并增长等过程而形成雨雪但是，这样的理论用来解释平缓的小雨也遇到了巨大的困难，更无法解释暴雨、巨大冰雹等特殊气象现象首先面临的问题是：在炎炎烈日下和干燥、赤热的空气中，被蒸发的水分是否能够长时间地以水分子的形态存在？因为被蒸发的水并非径直走到高空就立即遇冷凝结为水，而是要经历很长时间的，强烈的阳光和宇宙射线能使空气发生电离，同样也能使水分子发生离解和电离被蒸发的水分子在干燥、赤热的空气中漂浮数天、数十天以后还有多少能以水分子形态存在，是一个严重问题显而易见的是，被蒸发的水分子在大气中的运动路径上遇到的太阳光子“炮弹”的轰击是十分密集的，尤其在夏季太阳直射时更是如此也许用不了很长距离，就会有很大一部分水分子被离解为氧原子和氢原子，一部分被电离为氧离子和氢离子来自太阳的高能光子和其它高能粒子足以使水分子分崩离析、土崩瓦解水蒸汽在大气中运动的距离越长，这种情况就会越多发生“潮湿空气对流上升冷凝成雨说”面临的第二个困难问题是：根据热带地区观测，有些雷雨云为暖云2“理论无法解释在自然界中经常发生的暖云降水过程”3你说是冷凝成雨，可偏偏暖云也能下雨于是学者们便不得不去寻找一些新的理论来解释暖云降雨再者，人们早已注意到，“云滴从大气凝结核上形成，并长大成雨滴是一个十分艰巨的过程以对流云为例，它的云滴半径一般为10m，若大气凝结核的大小以0.1m计算，则从一个凝结核上成长为云滴时，它的体积要增加一百万倍对流云降水其雨滴半径一般为1000m以此计算，则一个云滴长大成为雨滴时，其体积又要增加一百万倍对于开始的凝结核而言，则是增加到1012倍（万亿倍）而在大气中这过程又是在很短时间内完成的（对流云降水性质为阵雨）因此，这确实是一个十分惊人的快速过程3认为是潮湿空气对流上升成云的观点尤其不能解释暴雨、大暴雨的发生机制那些数小时甚至一小时就下了数百乃至上千毫米的豪雨、“倾盆大雨”、“瓢泼大雨”，需要有体积多么庞大的“潮湿空气”以多么快的速率上升并凝结啊！而且这需要天空有一个效率多么高的“制冷机”啊！否则潮湿空气是无法快速冷凝成雨的而在降雨过程中，尤其在瓢泼式的降雨过程中，高度密集的雨滴会使空气上升受到巨大阻力，使空气难以快速上升何况地面上又一时哪里来那么多潮湿空气呢？如果是从海洋上空输送而来的,那又需要多么高的输运速率呢？而潮湿空气又何不在海洋上空就凝结成雨呢？何况，实验研究证明，“水均质成核需要过饱和度达320%，而实际大气中过饱和度很少达到1%”4这是多么巨大的悬殊！虽然人们不得不把“水汽凝结”勉强解释为“大气中总是存在相当数量的凝结核”，但“原则上”也必须“要有足够高的水汽过饱和度”可惜实际大气却满足不了这样高的水汽过饱和度人们也早已注意到，“只靠气柱内的水汽上升凝结并全部降落也不足以造成一场特大暴雨以1975年8月河南林庄大暴雨为例，林庄附近当日气柱中的可降水量为80毫米，而24小时雨量为1060毫米，后者为前者的13.3倍又如1981年7月四川大暴雨期间，成都龙泉驿站24小时雨量314毫米，而大气中的可降水量只不过70毫米（13日），前者为后者的4.5倍5所以，“截至目前为止，暴雨形成机制还不完全清楚，尤其是特大暴雨的成因，尚有待于详细分析研究”5如果说亏缺的水汽是由远处输运而来，则需要很高的输运速率，这必然形成大风（且输运的水汽必须贴近地面才能对流上升），而大风又会将积雨云吹跑这是一个严重的矛盾而每一个人都有的经验是：凡暴雨时空气都是很稳定的、基本无风的，有强风的雨很快会停止而晴天现有的理论也不能解释冰雹尤其是巨大冰雹的成因因为“要造成地面成灾的冰雹直径应在5毫米以上，考虑到降落时将经过24公里以上厚度的正温区（温度大于0）而融化问题，云中冰雹直径应大于1厘米，为支托这样大小的冰雹，云中必须有大于15米/秒以上的强上升气流（相当于7级风）1而如果是像鸡蛋、拳头一样大甚至更大的冰雹，则需要多么强的上升气流，又需要多么长的生长时间呢？并且，理论计算和实验表明，要在十来分钟时间里从冰雹胚胎增长到1厘米直径的冰雹，则云中含水量至少应大于10克/米3，1何况还有像鸡蛋、拳头一样大甚至更大的冰雹而积雨云内最大含水量往往才达到0.451.0g/米36实际的情况是，有些罕见冰雹，大得足够惊人如“1923年10月23日申报10版报道一则陕北空前大冰雹云：（冰雹）方其降时，初仅若豆，继则若卵，后竟若拳，损伤人畜田禾不知凡几雹止后，横山县官绅，出城验灾，则半里至沙滩，突遇一物，透明结晶，高丈余，直立地上，就地掘三尺余深，犹未尽其根，周围十人，莫能合抱，及日出，始知为最大之冰雹也”又“清刘献庭广阳杂记卷二第80页载：“太白，地高寒冷侵人且多雹，有片云起雹即落，有大如屋者，路见云色异即疾走山岩下以免，若行迟或不谙径，多为雹伤清傅维麟丛书集成明书卷二十八志司天志第714页载：“明成化八年七月陇州雨雹，如牛者，五、六日始消”第717页载：“崇祯元年山西大雨雹如象，经月不消”道光广东新会县志卷十四载：“清嘉庆十一年丙寅二月二十二日雨雹如拳如斗如牛，大者重数百斤，落处地为之震，而潮阳湖居坏庐舍尤多7周密稽神录载：“国初杨汀自言天祐初在彭城避暑于佛寺，雨雹方甚，忽闻大声震地，走视门下乃下一大雹于街中，其高与寺楼等，入地可丈余经月雹乃消尽”7如牛如象，高与寺楼等，十人莫围的巨雹，需要多长的“生长时间”，又需要多么强大的“气流”才能托住让它长大呢？另外，按照蒸发冷凝成雨机制，只能认为地球从一诞生就存在海洋湖河，几十亿年以来一直在重复着这样的蒸发降雨的循环过程如果地球诞生之初并没有海洋湖河，水就无从蒸发，也无从降雨而这显然是不符合实际的地球上的水是一个从无到有，从少到多的过程蒸发冷凝成雨机制显然不足以说明这样的过程诚然，被蒸发的海洋湖河中的水，一部分最终可能会以水的形态回到地面，但它可能是经过蒸发水蒸气氢气、氧气（或氢原子、氧原子）氢离子、氧离子复合降雨这样的循环过程的，而不是蒸发水蒸气冷凝降雨这样简单的循环过程当然，也不排除极少部分水分经历了这样的简单过程，但这可能不是水循环的主流环节对于雷电的成因，现有理论认为，由于某种“起电机制”而使云中正负电荷不断分离，当正负电荷中心电场达到一定强度后，击穿空气产生闪电，并使空气振动形成雷声关于云中电荷如何产生和分离，一个世纪以来众多研究者曾提出过多种理论和假说，如离子选择捕俘起电，离子扩散起电，极化起电，水滴破碎起电，对流驱动机制，水的冻结和融化起电，冰晶的碰撞和破裂起电，凇附起电等等8但这些机制常常都适应于所有的积雨云，难以说明为什么有些降雨或降雪过程没有闪电（它们同样存在上述机制），而且这些起电机制的起电效率往往较低，难以解释一些间隔时间极短的密集闪电同时，由于闪电是一个能量释放过程，作为它的逆过程，“云中起电”必须要有相应的能量输入，而现有机制并不能提供这样的能量输入现有的起电理论尤其无法解释那些罕见的奇异的雷电现象如民国大荔县志足征录异征记载：“民国二十二年六月二十二日鸡鸣时天黑如墨，电光闪耀，如自天降如自地起，上下融成一片，而雷声隆隆如转磨如循环，无从辨其起讫，经两小时而后止”1931年美国气象学会会志十二卷130页刊载了最奇怪的闪电一则：1927年10月3日著名的德国气象学家瓦尔特克诺赫博士在坐汽船从南美洲的巴拉圭河顺流而下的航程中偶然见到了一场闪电，在电暴之前或电暴期间都没有下雨下午7点钟没有预兆，突然整个天空都开始了电暴克诺赫博士说：即使想要大概计算一下闪光的数目，恐怕也是不可能的这样壮观的场面持续了好几个小时却没有打雷雷声突然在半夜一点半开始，以后一直持续到凌晨4点最后的闪电是在上午8点钟在汽船的后面看到的1993年8月13日中国科学报载“美国东海岸今年3月中旬的一场暴风雪曾产生大约59万次闪电9现有的任何一种起电机制都不足以说明云中（或大气中）为何会有如此之高的“起电”效率，能在极短时间内积聚巨大能量如果对一种现象的基本认识是错误的，那么建立在这种错误基础上的理论，也很难得出符合实际的正确结果二、风雨雷电可能的真实成因那么，风雨雷电的真实成因可能是什么呢？我们知道，大气科学把大气层分为若干层，由地面向上依次为：对流层、平流层、中层，中层以上是热层，也即电离层，电离层以上是磁层电离层、磁层主要由荷电粒子（电子、质子及各种原子离子、分子离子等）构成但这只是一种人为的分层，它们之间并不存在截然的界限人们已经认识到，太阳辐射加热地面会引起空气自下而上的上升对流，却没有对太阳能量实际上是从大气顶层磁层、电离层进入大气（自上而下）的这一事实给予足够的重视而且，进入顶层大气的“原初”的太阳射线要比穿过大气层被大量吸收后到达地面的太阳射线能量强得多太阳对顶层大气的加热同样能使顶层大气（磁层、电离层）向低层大气对流（相关证据见下文），电离层中的等离子体受太阳自上而下的加热对流到低层大气后，由于低层大气电离度较低，电场较弱，使等离子体的复合率大于电离率，发生单体复合和集体复合，就形成了风雨雷电此机制基本上可以解释所有的相关现象并与观测事实较好地相符为什么电离层中的等离子体对流到低层大气发生复合，就能产生风雨雷电等现象呢？这里首先需要介绍一下等离子体的基本概念：等离子体是由带电粒子和中性粒子组成的一种表现出集体行为的准中性气体10而且，“气体中只要有0.1%的分子被电离，就已经具有了等离子体的性质”11就是说，等离子体是由少数带电粒子和多数中性粒子组成的气体按照等离子体物理学，除非在电场较强，能量较高的情况下，等离子体复合主要表现为分离复合（复合为原子离子或分子离子）外，一般情况下，等离子体将主要复合为中性粒子大量的中性粒子就会结合形成或气体、或液体、或固体物质因此，可以预料，等离子体复合的产物共有四种：1气体物质；2液体物质；3固体物质；4等离子体由于复合过程是电离的逆过程，物质发生电离时吸收的能量便会在复合过程中释放出来，所以复合过程是一个放能过程，这个过程会有大量能量释放出来等离子体复合为气体（氢、氧、氮等各种气体物质）时就会使空气增加，而这可能就是空气起源的源头，同时释放的巨大能量猛烈地推动空气运动，形成风暴（台风、龙卷风、飓风、飑风等）等离子体单一地复合为气体时形成大风并可出现“干打雷，不下雨”的现象等离子体复合为液体（水或其他有机类或无机类液体如血雨、酸雨、黑雨等）时就形成降雨现象表明，这个过程常常分为两个过程：第一个过程是等离子体发生单体复合（一对或若干对正负离子的复合），这是一种随机复合，复合的结果是形成云、雾；第二个过程是：由于单体复合是不完全复合，复合后的云粒子仍带有正电荷或负电荷并形成电场，电场经过一定时间的演化，逐渐形成正电荷中心和负电荷中心，正电荷中心和负电荷中心在电场库仑力的作用下发生集体相互作用，当电场达到一定条件时，就会发生等离子体集体复合（这个过程包括化学过程，准确地说是等离子体条件下的特异化学反应），集体复合速率极高，瞬间即可形成雨滴、雪花、冰雹在某些特殊情况下，等离子体也常常不经过单体复合，而直接发生集体复合，从而形成“晴空暴雨”奇观而这可能同时也就是地球之水和海洋湖河起源的源头猛烈的复合过程是在复合率超过电离率的临界点后突然发生的，所以会形成突发狂风和暴雨对于空间等离子体复合成水的认识，前苏联学者也曾提出：太阳风把由重粒子（质子）组成的微粒带到大气圈里来，这些微粒在大气圈中与电子结合时变为氢和氧的原子并形成分子起初形成OH和HO2，它们之间相互反应或单独与氢作用时生成水分子，同时放热：OHHH2O（16卡/克分子）OHOH202H2O（708卡/克分子）12等离子体复合为固体时，就形成冰雹、沙尘暴、鹅卵石、砾石等，而这也可能就是土壤、沙漠起源的源头等离子体复合的结果并不一定全是中性粒子，同时由于能量的猛烈释放，复合过程还会形成一部分等离子体并使一些中性粒子重新电离为等离子体，使这个过程循环演进，而使风暴、暴雨、尘暴得以长时间地维持复合为等离子体的过程称为分离复合等离子体复合常常同时复合为气体、液体、固体、等离子体，如台风过程中，既有狂风，又有暴雨，雨水中有时还夹杂着冰雹、沙尘等但在某些特殊条件下，也常常单一地复合为气体（形成风暴）、液体（降雨等），固体（雪、霰、冰雹、沙尘暴等）空间等离子体究竟会复合为什么形态的物质，可能取决于等离子体中的离子成分和电场状况闪电实质上即是一种“带有辐射的复合，一个正离子吸收一个电子变成一个激发原子并同时发射光子以带走剩余的能量，即：A+eA*（1）这种过程是稀薄等离子体中的主要的复合过程，因此对天文等离子体非常重要另外还有三粒子碰撞的复合，一个正离子与两个电子同时碰撞，其中一个电子与离子结合组成一个激发原子，另一个电子带走剩余的能量，即：A+eeA*e（2）在比较稠密的等离子体内它是主要的复合形式（闪电中显然也存在这样的复合形式，所以将导线接入闪电区会观测到强电流）第三种情形是离解复合，一个带正电的分子离子吸收一个电子而变成一个激发分子，这个分子是非常不稳定的它几乎立即离解为一个激发原子和一个中性原子，即：（AB）+e(AB)*A*B(3)其中剩余能量转化为离解碎片的动能；这种复合形式在电离层中经常出现13这个过程将分子离子转化为原子，太阳辐射、宇宙射线又会将原子进一步电离为正离子、电子或质子、电子这就是说，闪电并不仅仅是正负电荷中心在电场达到一定强度后对空气的击穿放电，它的实质是正负离子在达到一定条件后发生的辐射复合认识到这一点十分重要雷电并不仅仅是一种电现象，闪电在本质上是空间等离子体的集体复合过程，电（磁）现象只是它的外在表象尤其是使用“正负电荷中和”的概念产生了严重的误导，使人误认为正负电荷“中和”以后似乎都不存在、消失了事实是，闪电过后虽然云中的带电粒子（电荷）减少了，但却有等量的中性物质（粒子）被产生出来了这个十分重要的结果却被人们长期忽视了目前人类对闪电产生中性物质已有了初步的认识和实际的观测如对闪电产生氮氧化物（NOX）的研究与观测周筠珺等利用NOX分析仪和大气平均电场仪在青海省大通县对雷暴天气过程中自然闪电产生的NOX进行了地面观测分析结果表明，在雷暴天气过程中由于闪电的发生，会产生大量的NOX，在雷暴天气中，闪电次数与NOX的平均体积混合比峰值个数相同，且峰值由闪电产生14类似的观测结果证实了闪电（等离子体复合过程）产生中性物质的真实性所谓球状闪电，则可能是在一个等离子体复合单元中自然地达到了一种特殊电场条件，使等离子体的电离率与复合率接近平衡点（复合率仍稍高于电离率），因而复合速率较低，故可以维持一定生存时间的等离子体复合现象事实上，此观点与现有理论是十分吻合的，只不过现有认识忽略了一些重要的细节，从而导致了认识上的差异人们常常把闪电解释为云中正负电荷发生“中和”而导致的显而易见的是，所谓“电荷”并非是虚空的，而总是由离子（包括电子）携带的因此，把闪电描述为“正负电荷发生中和”容易引起误解，会让人误认为似乎正负电荷“中和”之后就都消失了正确的描述应该是：闪电是正负离子（等离子体）的复合过程复合后的“电荷”（离子）并未消失，而是转变成了中性粒子所以每一次闪电都必定有新的中性物质被“制造”出来这种物质可以是气体（补充空气），可以是液体（降雨），也可以是固体（形成冰雹、沙尘、鹅卵石、砾石、雨花石、宝石等等）对此人们尚缺乏足够的明确的认识空间等离子体的现代来源，主要是太阳辐射、宇宙线辐射对空气、地表物质的电离、离解作用另外在火山爆发和强烈地震中，地表岩石、土壤也会由于巨大能量的释放而被电离火山爆发时喷出岩浆，岩浆已有较高电离度，喷出的水蒸气、烟尘、火山灰等物质也有一部分被电离，所以火山喷发时会有大量元素离子进入大气在强烈地震中，由于巨大能量的释放发生所谓“水土液化”，形成地震湖，在这样的过程中可能也有大量土壤或岩石被电离电离后的一部分元素离子进入大气，在电场条件适当的时候又再次复合为沙尘（形成土壤）、鹅卵石、砾石等等太阳能量使地球物质不断地发生电离，被电离的等离子体又不断地发生复合，这个过程就创造了地球上的空气、水、土壤等等每一次的台风、飓风、龙卷风等等，都会有新的空气加入到大气层中，没有这种随时随地的补充，大气层可能不但无从产生，即便已经形成也早已散逸净尽了每一次的降雨、降雪等等，也都会有新的水加入到地球的江河湖海里来，没有这种不断的补充，海洋也可能不但无从产生，即便已经形成也早已蒸发净尽而干涸了每一次的沙尘暴，雨水中夹杂的沙尘，都在使土壤渐渐增厚，没有这种不断的洒落，土壤可能就不会出现，即使出现，也会很快被雨水冲刷到海洋中了地球上的物质就是这样不断地进行着新陈代谢，循环往复，从而展现出一个奇幻无比的多彩世界来三、太阳加热顶层大气的实际过程那么，太阳对顶层大气（磁层、电离层）的辐射加热能否导致电离层中的等离子体向低层大气对流呢？这与观测事实是否相符呢？目前，大气科学的研究成果和观测事实已足以对此作出说明我们知道，电离层也被称为“热层”，在热层中，大气温度随高度增加而急剧上升到大约1000Km，白天气温可达12501750K这正是由于电离层吸收太阳辐射后空气分子几乎都被离解为原子、离子和自由电子4可见太阳对顶层大气的加热作用是十分强烈的而在电离层以下大约5080Km的一层大气叫做中层，中层温度随高度的增加而下降，大气易发生垂直运动这对电离层向低层大气的对流是有利的在中层以下大约1850Km左右的大气层叫平流层，平流层大气温度随高度的增加而上升是因为在这个高度（距地面2030公里）存在臭氧层，臭氧层吸收了太阳紫外辐射而导致温度上升，这也是太阳从顶层向下加热大气的一种表现形式平流层以下则是对流层，对流层的温度也是随高度递减，这使大气容易产生较强的垂直运动实际的观测也发现大气层中存在自上而下的对流，如：“R赖塔自1969年起在德国巴伐利亚州阿尔卑斯山海拔约3000米的楚格施比茨气象台对该地区大气中放射性元素B7e和P32（认为是宇宙线轰击平流层大气形成的）的含量进行监测，以此来指示平流层和对流层大气之间的互换量为了弄清楚放射性核素含量的增加与太阳活动的关系，赖塔将太阳耀斑发生日期与之作了比较，发现在耀斑发生后23天对流层的放射性核素含量增加这说明耀斑发生后有空气从平流层下降到对流层，从而影响天气的变化”15上述观测事实表明，太阳辐射加热顶层大气导致电离层中的等离子体向低层大气的对流是真实存在的太阳加热大气顶层引起的热对流，虽然要克服浮力的作用，但其对流方向是指向地心的，与地心引力方向一致，故不须克服地心引力，更由于其所受的热力远大于地面，故其对流强度将是显著的尤其是当发生“电离层突然骚扰”事件时，这种对流就会更加强烈研究表明，太阳处于宁静状态时，通常是不辐射10埃以下的X射线的这时D层电离主要由太阳辐射的远紫外线、黎曼线和银河宇宙线引起，但是，当太阳上爆发耀斑从而发生太阳X射线、紫外线爆发时，18埃的太阳X射线可以增加到宁静状态时的103倍，黎曼线可增加几十倍这些增强的辐射具有很大的穿透力，当它们通过电离层而到达低层（主要是D层E层底部）时，在地球上空大约60100公里的大气中被吸收，从而使向日面的低层电子浓度剧增15这意味着此时低层大气电离度显著增高随着时间的演变，当电场减弱时，等离子体复合率大于电离率，就导致一系列诸如风暴、雨雪、沙尘暴等灾变另外，现代观测已证实，由于日冕的高温，太阳的引力不足以把日冕气体牢牢地吸引在太阳周围，于是日冕就处于动力平衡，日冕气体在热压力下就连续地向外膨胀流动，形成太阳风太阳风时时都在吹向地球空间当白天地球朝向太阳时，太阳风就会正对着地球大气层喷射在没有太阳爆发和冕洞时，日地空间中就被所谓宁静太阳风充满，而在有太阳爆发时，宁静太阳就叠加了由爆发产生的瞬时的太阳风高速流在有冕洞出现时就再叠加上周期性的冕洞太阳风高速流这样的太阳风的吹拂作用，无疑也会促使磁层、电离层中的等离子体向低层大气流动事实上，太阳对地面的加热引起的对流可能主要影响大气的定常环流，而大气中的一些特殊事件如台风、龙卷风、飑风、暴雨、暴风雪、冰雹等等，则一方面是由于太阳对顶层大气的加热作用而使电离层中的等离子体流入低层大气，另一方面是太阳活动使包括低层大气在内的大气层电离度增高，空间等离子体密度增大，随着电场减弱发生复合而导致的也就是说，电离层中的较高密度的等离子体经常会在太阳辐射加热下对流到低层大气，太阳活动、新星爆发也会使低层大气电离度增高在这种情况下，低层大气就不会像通常认为的那样带电粒子很少，而会在一定区域、一定时间内出现带电粒子密度较高的状态，这种状态就将导致在低层大气中出现较强电场这就可以解释，为什么温带在夏季才会有雷电：正是由于此时太阳直射加热的热对流作用使电离层中有较多的等离子体对流到低层大气中，当电场减弱，正负离子发生复合放能时，雷电便产生了有些闪电间隔时间很短，可能并非雷雨云自身起电，而是电离层中的等离子体在太阳加热下向地面对流并发生复合的结果这是太阳能量在大气层中长期积累的结果，而不是即时“起电”生成的降雨（雪）过程是否会发生闪电，可能取决于向地面对流的等离子体的密度，密度较高时，复合过程较为猛烈，就会产生闪电、雷鸣，密度较低，复合过程较为和缓时，就不会产生闪电、雷鸣由于是等离子体复合导致降雨，故只需达到等离子体的复合条件，即可发生降雨，所以无论是冷云还是暖云，都可以发生降雨四、强风、飓风可能也是等离子体复合放能所致温差、气压差能够引起和缓、微弱的气流，却难以产生猛烈的飓风事实上，风平浪静的天气中并非没有温差和气压差，只是温差和气压差不足以引起强风而已飓风的形成需要有巨大能量的释放，温差、气压差、地球自转等因素也提供不了这样巨大的能量能够为飓风提供能量的可能仍是空间等离子体复合释放的能量能够说明强风、飓风也是由空间等离子体复合产生的现象是：1某些时发陡然、范围局限的风如：1915年6月5日大公报载：“五月二十二日午后六时湖南岳阳县地方周围数十里内陡然云雾迷漫，不见天日，少时狂风大作，其声势不啻地裂天崩，附郭数十里竟以吹倒数百年大树不计其数，毁坏房屋百余幢”1915年8月10日大公报载：“日前封丘县境内大风雨雹，其风甚异，先是黑风一团由西方来，霎时下至地面，威力无匹，所有县北汪庄等处之树木多被带根摧倒，柳庄当典后院之楼房五间亦被风吹倾塌”9陡然云雾弥漫、狂风大作，其声势不啻地裂天崩，显然不是温差、气压差所致，可能正是该地近地表聚集的等离子体达到了复合条件后骤然发生复合导致的“黑风一团”摧树倒屋，更明确地显示了是空间等离子体复合放能而致1925年3月25日大公报载昆池之风一文：“昆池中之西山观音山为滇中名胜地方，适逢会期，四十余人由晋宁县乘船而往行至西山脚边遥见山巅有黑云一朵冉冉而来正以为奇，讵意俄顷之间，忽起飓风波浪滔天，船身震荡船户无力挽回竟自覆没”9这朵导致飓风的“黑云”更明确显示了是聚集了高密度等离子体的云团，发生复合释放巨大能量导致飓风形成2由等离子体复合形成的大风由于带电粒子的剧烈运动也会伴随强烈的电磁效应如雷电、火光等，并导致一些异常的力学现象和光学效应如：咸丰金乡县志略载：“嘉庆七年正月望日未申间有红光亘西北如霞，须臾至乃风也天地皆赤，倏变黑暝不见物，戌亥间稍定，庐树多摧折”民国枣强县志故事灾祥载：“光绪二十一年秋初王于林村西坑有杨树三株，其大三四手，距离两三步，有旋风自西北来将三株树吹结如绳状”民国沧县志事实志大事年表载：“光绪三十四年戊申六月戊寅大妖风，酉时庞家庄大浪白等处屋倒无数，避不及者被风卷入半空坠死若干人，平地刮深三尺，石轴大树吹去无踪”“红光如霞”正是带电的等离子体发生辐射复合的典型特征能将“三四手”粗的大树吹结如绳，倒屋拔树，平地刮深三尺的风，也只能是带有强电的风才能做到乾隆东明县志卷七载：“正德五年春三月大风拔木，木抄火光飞起”康熙广平府志载：“嘉靖四十一年四月大风霾凡三日，兵刃有光”民国许昌县志杂述上祥异载：“万历十八年三月三日清明节申时黑风从西北来，轰轰有声刀刃火飞”乾隆裕州志地理志灾异载：“万历三十年三月三日有黑风自西北来，风中有火如绳上下无定”嘉庆肥城县志载：“崇祯十四年十一月初一日戌时黑风大作，城中刀枪俱有火光如星”光绪荣河县志祥异载：“顺治元年十月二十日夕有大风自西北来，凡尖物并见火光随风焰起按之弗热”民国新河县志大事记灾异载：“康熙十四年二月二十七日夜大风，城上枪刀俱浮火光”乾隆仙游县志摭遗志祥异载：“康熙十七年戊午夏六月二日夜初更五刻大风从西北来，火焰烛地，飞石拔木，东北有红绿色大如斗，风即作，屋多折”康熙三十年五月二十九日，午后忽有浓云如靛自西北来，烈风逐之，云中光如掣电而无雷，村中巨木皆折，屋上梁栋吹去二三里外，人家瓮盆中麦羊角而上一粒无存，墙壁半为吹倒乾隆揭阳县志事纪载：“康熙五十八年己亥秋八月十九日夜飓风大作，风中如磷火，树木皆枯”雍正恩县志载：“雍正元年二月十八日寅时有黑风自东北来，天地昏暗至晨渐息四月初七日热风如火灼人申时大风忽自西北来，飞石拔木，有顷黑霾如漆，良久复变赤霾，乍明乍晦逮晓方息，二麦枯萎秋苗亦伤”风中有火有光，正是等离子体复合（辐射复合）导致的由于降雪也是空间等离子体复合形成的，当空间等离子体密度较大时，也会出现伴随雷电的降雪如：乾隆海宁州志杂志祥异载：“至元二十年二月浙西诸郡震霆掣电雪大如掌，顷刻积尺余”民国沾化县志祥异载：“崇祯十三年润正月元日雷电大作雨雪盈尺”同治即墨县志大事灾祥载：“道光二十五年十二月夜雷电雪如掌”9国外也有许多类似记载：1894年的一天，美国怀俄明州拉腊米堡地方发生了一次奇异的放电现象那天上午10点左右，下起了一阵罕见的暴风雨，在暴风雨大作的时候，许多地方都能明显地感受到电流的存在有些用铁丝绑的篱笆都着了火，没用铁丝绑的篱笆则安然无恙有的牛因触到了带电的篱笆而被电死有人因碰到金属上而受到了电击，好几个月都不能恢复正常1964年3月3日，亚利桑那州的图森市也遭受了一场罕见的暴风雪的袭击，同时也发生了一种更为罕见的放电现象在整个下雪过程中，在这座城市的上空不断出现一种短暂的“闪光”现象，每次间隔的时间大约为1520秒这种闪光是从一些在地面上或十分接近地面的地方产生的，它照亮了飘落的雪花和周围的云层1971年5月11日，在美国新墨西哥州东南白沙的一片石膏岩沙丘地带，人们也发现了一次有趣的放电现象这一天狂风大作，正当强风把沙石漫天吹起的时候，从沙丘顶部一直往上到它上面几米的上空这样大的范围内，都可以看到电火花现象出现这些电火花沿着直线向上延伸，看不出有任何分岔现象，通过仪器看到，这时有非常强烈的电场梯度变化，其变化量的极性有正向的，也有负向的163等离子体发生辐射复合时由于不同离子辐射不同光线，还会使风带有不同颜色如：嘉庆长山县志灾祥载：“雍正元年四月初七日申时西北方黑云突起徐变红色，俄而大风揭地猛烈异常，是年人多疫”民国献县志卷十九载：“道光三十二年二月十四日黄风大作，十八日红风作”同治静海县志灾祥载：“同治元年二月二十六日申刻黑风大作白昼如夜，风忽改红初更后火星飞扬天地皆赤六月大疫死者枕藉”光绪平阴县志载：“光绪三年二月有黄风累日，多火灾”4空气中含有较多碳离子而复合为有机物时还会使风带有腥味如：光绪寿张县志杂志灾变载：“崇祯十五年多大风，有腥臭气”光绪郓城县志载：“崇祯十三年至十四年多大风，腥臭之气昏霾不辨”嘉庆长山县志灾祥载：“崇祯十七年三月初九日昼晦，红风起西北映墙壁皆赤，腥臭竟日”民国续修博山县志载：“雍正二年甲辰四月初七日过午大风自西北来，中有光若火，腥恶，须臾昏晦人不相见”台阳见闻录298299页有关于“飓母”的描述：南越志云飓母即孟婆，春夏间有晕如虹者是也按岭表录异言南海夏秋间有云如虹长六七尺，见则飓风必起，故曰飓母老学庵笔记亦言岭表有瘴母，初起圆黑，久渐广，谓之飓母据此则飓母乃飓风所由成，非即风也9显然，这个“有云如虹”或“初起圆黑，久渐广”的“飓母”，正是聚集了高密度等离子体的云团一旦等离子体发生复合，便会形成飓风人们还发现飓风“见雷则止”：丹铅录云飓甚者为颱飓多倏发倏止惟有雷则止，谚云六月一雷止两飓，七月一雷止九飓”9为什么飓风有雷则止呢？因为雷是云中等离子体的大规模集体复合过程，一声巨雷就使整个云团中的等离子体几乎全部复合完毕，不再有能量的释放，因而飓风迅速停止飓风则是相对缓和的等离子体复合放能过程，所以会维持较长时间五、台风之源电离层不均匀结构既然风雨雷电都可能是电离层中的等离子体受太阳加热对流到低层大气后发生复合导致的，那么像台风这样的中尺度天气系统能否在电离层中找到它的源头呢？回答是肯定的观测表明，电离层“往往在正常电子浓度分布背景上还夹杂着或漂浮着各种不同尺度的不均匀电离体或电离云块人们将其叫做电离层的不均匀结构通常研究的较多的不均匀结构位于离地面约110公里的E层区，这是一种较常见且较稳定的不均匀结构人们将其叫做偶现E层，用符号Es表示观测发现，Es层是一个电离度很强的薄层电离区，其厚度约几百米到2公里，广延度达几十公里到几百公里在该电离区内，电子浓度可达到其上下邻近高度的35倍，甚至有的可达到10倍以上15电离层的这种“不均匀结构”在广延度上（几十至几百公里）与台风相符，它的高电离度，电子密度达到其上下邻近高度的35倍甚至10倍，表明它富集了荷电粒子（等离子体）和巨大能量当这样的不均匀结构受太阳加热而对流至低层大气，从而导致电场强度下降，使等离子体的复合率高于电离率时，必然会导致台风等离子体中的电流产生磁场，磁场中的洛伦兹力使荷电粒子（等离子体）产生旋转运动形成涡旋等离子体复合成的气体使空气增加，体积膨胀，释放的巨大能量推动空气高速运动形成飓风等离子体复合而成的液体形成暴雨由于存在辐射复合而电闪雷鸣直至等离子体复合净尽，能量消耗告罄，台风才最终消失等离子体的典型特征就是由于长程库仑力的作用而发生集体相互作用类似台风这样的狂风骤雨过程，虽然也存在单体复合过程（成云），但主要的是等离子体的集体复合，它是大量离子的集体复合，可以在瞬间使大量正负离子转化为雨滴，形成倾盆大雨这就是为什么在闪电之后（发生辐射复合后）雨量骤增的可能原因由于不同离子的光谱不同，所以闪电的色彩、形状不同，发出的雷声也不同对于台风的形成，俄罗斯两位科学家从地球整体的电磁过程的角度进行了研究，提出一种新的观点，认为地球“横向电流在两处和赤道相交，在这两处横向电流离纵向电流最近，地球上这些能量活动区相互移动了180，现在的能量活动区在太平洋东部地区、菲律宾群岛处，这里是台风的发源地台风的产生不能仅用热物理和力学定律来解释台风的能量接近三至四个原子弹爆炸的能量，在有限的空间里一月之内集聚这样大的热能是不可想象的，而且一年中在每个能量区要形成十多个台风从电动力学来看，台风的能量是在地球电动机运转过程中释放出来的假如这一设想正确，水和空气的旋涡的形成应发生在地核和辐射带之间强大的电磁作用辐射带的能量和地核电流I核、横向电流I横的能量可通过电磁辐射相互交换，不用直接接触这个能量交换过程可成为旋风和反旋风、龙卷风和陆龙卷风产生的原因，它们虽不象台风那样强劲，但有共同的基础地球电动机运转过程中释放出来的能量17六、暴雨的形成暴雨、大暴雨、特大暴雨常能形成大范围降雨，雨量惊人，雨后一片汪洋泽国，造成严重灾害用“暖湿空气对流上升冷凝成雨”理论无法解释暴雨、大暴雨的成因以我国历史上的几次著名的特大暴雨为例：1975年8月5日7日，河南省中南部漯河、驻马店、南阳、平顶山之间的淮河上游丘陵地区发生了一次历史上罕见的特大暴雨暴雨中心泌阳县林庄57日三天降水总量达1605毫米，方城县郭林1517毫米过程总雨量超过400毫米的降雨面积达19410平方公里自薄山水库西北经板桥水库、石漫滩水库到方城一带，约1460平方公里面积上总雨量还超过了1000毫米暴雨中心24小时最大降水量1054.7毫米（郭林），6小时最大降水量685.4毫米（泌阳老河），1小时最大降水量189.5毫米（泌阳老河）1963年8月上旬，河北省连续7天暴雨，河北内丘县獐么公社过程降水总量2050毫米，其中3天最大雨量1560毫米，24小时最大雨量950毫米过程总雨量1000毫米以上的暴雨区面积达到5500平方公里18假如10米厚的潮湿空气能降1毫米雨的话（实际情况可能要远高于此数），那么24小时降1054.7毫米雨水需要有10547米厚的潮湿空气，这些潮湿空气从哪里来？如果从高空而来，恐怕在半路上早已“冷凝成雨”了，来不及跋涉千里的而且，“和普通降雨过程一样，暴雨降水也有一个最大降水高度，而且常比年雨量的最大降水高度为低据统计，80%最大降水高度均在600米以下1963年8月河北暴雨，獐么、陈庄和司仓三个暴雨中心的海拔高度分别只有350、250和200米！18在这样低的高度下，哪来那么多的潮湿空气上升？研究表明，局地特大暴雨的特点是来势猛、雨量大、降水时间和空间都极为集中；突然间乌云翻滚，雷电交加，大雨倾盆而下每小时可达几十到一、二百毫米19所以人们常用“倾盆大雨”、“瓢泼大雨”来形容雨点大而且非常密集、快速，降水使地面都来不及流走这样的降雨，绝不是“潮湿空气上升冷凝成雨”形成的因为这样的机制达不到这样高的速率一方面猛烈的降雨使云下的空气严重受阻无法上升；另一方面，地面潮湿空气不可能以每秒数十米至数百米的速度上升，如果存在这样猛烈的上升气流，则早把雨云吹散了再者，暖湿空气的猛烈上升会使高空无法维持能使空气“冷凝”的低温而厚达千余公里的电离层、磁层、中层、平流层乃至对流层中的大量质子、电子、各种正负离子、氧气、臭氧的复合、化合等物理、化学过程，足以提供这样的降水速率和巨大水源“突然间乌云翻滚、雷电交加、大雨倾盆而下”，正是电离层中的等离子体受太阳加热对流至低层大气后，电场减弱而使复合率超过电离率的临界点后突然发生的快速复合先发生单体复合为云，再发生集体复合形成暴雨现象表明，在降雨降雪的等离子体集体复合过程中，包含着无数个复合单元，每一个复合单元复合为一个雨滴或雪花或霰粒或冰雹当由于某种特殊条件而使复合单元体积特别巨大时，就会复合成为巨雹复合过程同时也是一种化学过程研究还表明，特大暴雨多在夜间尤其是后半夜发生19之所以如此，正是由于后半夜大气温度降低，电场强度也降低，达到了等离子体复合的条件，才突发暴雨那么，大气层中是否有足够的等离子体复合成大暴雨时的巨量的雨水呢？事实上，暴雨时的等离子体复合并不局限于低层大气，已深入到近百千米的电离层中美国科学家在雷暴的上方已经拍摄到了无数张闪电的照片，这些闪电有的呈粉红色，有的呈深蓝色血红色的闪电可以上窜到距地球表面96.5千米的高空中，在大气层与外层空间接壤的地方呈现出一绺绺的卷须形状阿拉斯加大学地球物理研究中心的科学家曾利用两架装备了彩色摄像机的喷气式飞机，在一个没有月色的黑夜里起飞，跟踪美国中西部上空的一些雷暴云结果他们在所观察的20个雷暴云的上方都观察到了奇怪的闪电，并且及时拍下了总共500多帧闪电图像这些闪电分两大类宽约数千米粉红色或血红色的闪电向上延伸的高度可达96.5千米，刺穿了平流层和中间层，直抵电离层一些闪电在平流层中还向下悬挂着红、蓝或粉红色的卷须，而其它一些闪电则有鲈鲷绒毛状的长须穿进电离层中（表明电离层、平流层中的等离子体都发生了集体复合）这些闪电的头部最亮，向下逐渐变暗，而在距离地球表面40至24千米的高度间就消失了最长的一些闪电就消失在雷暴云的上方，距离地球表面也就16千米左右红色的闪电总是两个或两个以上地出现，其中有最亮的，其他则一个比一个暗科学家把另一类闪电叫做“蓝色喷气机”，因为它们移动的速度相当快这些闪电在巨大雷暴云上方呈集束状，而在向上射至大约32千米的高度时则发散了高空中的这两类闪电似乎只同最强烈的雷暴云同时出现20如前所述，闪电是等离子体的辐射复合过程发出红色或蓝色的光线则表明有不同的离子参与了复合过程厚达近百千米的大气层电离层中的等离子体的集体复合，足以形成暴雨时的巨大雨量观测事实对此提供了有力的佐证，如“闪电和降水关系非常密切闪电集中的区域常常与强降水区相吻合，云中的电现象也常与霰和雹过程相关联在不产生降雹的雷雨云中闪电稀少，冰雹云中闪电频繁，而且地面降雹常发生在闪电频数的峰值区附近8愈来愈多的雷达与闪电观测表明，在发生闪电以后，降雨强度有时陡然增大2从55份闪电记录与实况观测分析，在闪电频繁出现几分钟后，常产生大雨或冰雹从有降雹时间记录的闪电资料看出，大部分降雹时间发生在闪电峰值出现之后，这说明闪电是降雹（或降雨）的成因之一，而不是降雹的结果21是否会降雨不仅取决于电离层中的等离子体是否对流到低层大气中，而且取决于进入低层大气的等离子体是否具备了复合的条件，如果不具备复合条件，即使有大量等离子体对流到低层大气中，也不会导致成云和降雨现象表明，大气电场强度存在一个临界点，超过这个临界点时，等离子体的总体复合率低于电离率，便不能成云和降雨；低于临界点时，其总体复合率大于电离率，才能成云和降雨如果某个地区的大气电场强度一直处在临界点上，这个地区就会出现干旱，反之则会风调雨顺或出现洪涝通过以上讨论，就可以解释，“暖湿气流”为什么遇到冷空气就会降雨（所谓峰面降雨）：遇到冷空气电场强度会降低，使等离子体具备了复合条件所以，在夏天会出现“隔路雨”即在路的左边可能在下雨，路的右边却可能无雨电场强度低于临界点的区域就下雨，高于临界点的区域就下不了雨研究还发现，向阳的山坡前常常比山坡后降雨量要大得多气象学把这种现象解释为“山坡挡风”导致的然而，如所周知，即使不考虑电离层，仅仅是电离层以下的中性大气层，其厚度就达60千米，而世界上最高的山，海拔也只有8858米，相对于其所处的地面则只有三、四千米高何况每一座山峰都是上尖下宽且相对独立的，形不成一堵统一的“墙”按照“等离子体复合成雨”的观点，则山前雨量之所以较大，极可能也是由于山前向阳面受太阳照射量较大，积累的静电量也较大（等离子体密度较大），山坡前相对较强的电场与对流至低层大气中的等离子体发生电磁感应，使带有大量