晴空真的那么“空”吗？

晴朗的天空，“万里无云”“繁星似锦”在人们心目中就是一片祥和，大气中并无什么危险。那么，晴空真的那么“空”吗？

2024年6月10日，天文摄影师李轩华在雪山之巅捕捉到了一次罕见的高原闪电，在那浩瀚的星空下美轮美奂，令人目眩(见图1)。闪电如同“红色精灵”展示着她那婀娜的身姿。人们惊叹着大自然的神奇，同时脑海里浮现出一丝疑问：这个闪电从何而来？

地球大气中漂浮着无数的粒子，如氮分子、氧分子、灰尘、水汽等等，受地球引力作用，离地面越近，粒子数越多，故大气密度随高度递减。太阳光由不同波长的光波组成，当这些光波辐射到地表时，大部分光波被转化为长波形态反射回太空。大气中的粒子主要吸收长波辐射来提升温度，地表成了大气的主要热源。密度越大，吸收的辐射量就越多，温度越高，所以大气温度随高度也是递减的。

把大气分割成无数个空气团，即大气被无数个大大小小包裹着诸多粒子的气团所填塞。由于地表的组成复杂多样，有植被、有土壤、有建筑、有水体等等，反射光波的能力不等，特别是雪面如同镜子一样的反射，使得空气团的温度不尽相同，此时气团就是一个热泡（在一个比其紧邻环境暖的表面上局地产生的上升气团）。不同温度的热泡其浮力不同，上升速度也就有快、有慢。快速上升的热泡会挤压其上方和周边上升速度慢的热泡，使他们在剪切力的作用下产生向其后方运动的下沉拖曳流，对流（热泡之间的相对运动）就产生了（见图2  热泡运动示意图2）。太阳辐射越强，对流也会越强。太阳辐射持续加温使得对流越来越强，不断向高空伸展，因而往往在太阳落山时分对流会伸展到最高处。热泡在上升过程中会与周边环境发生热量交换，从而使得自身温度下降，相当于给上升的热泡踩下了刹车，随着热泡之间温度逐渐一致，对流趋于平复（稳定），对流能到达的最大高度被称之为对流层顶。

对流导致相邻热泡中的粒子之间产生碰撞与摩擦，摩擦起电使粒子带上电荷。对流越强，持续时间越长，粒子所带的电荷就越多。电荷有正有负，当携带同一电荷的热泡群中总电荷累积到一定量时，即与地面或附近带相反电荷的另一个热泡群之间产生高压击穿了空气的阻隔，此时电流在导电气道中因碰撞会产生火花，这就是闪电，并且导电气道的特征使闪电呈枝状。由于是击穿空气的阻隔，那么最短的路径最容易被击穿，这就是为什么闪电常常首先击中高大物体的顶部，甚至雨伞的尖端都会优先被击中。当热泡群中水汽含量较多，上升降温过程中会生成云，所以人们经常看到乌云滚滚、电闪雷鸣的场景；但是，当热泡群比较干燥，水汽含量较少，上升过程中无法形成云，难得一见的“晴天霹雳”就出现了。

“红色精灵”是“晴天霹雳”的一种衍生产品。闪电的温度可高达17000 ℃以上，使周围的物质离子化，继而形成了高速上升的气流（有时呈喷射状）。由图1可见，“红色精灵”像一朵美丽的郁金香绽放在天空，下部放射状的闪电是它的叶，中部闪电产生的高温高速离子流（同时撞击氮、氧分子）是它的茎，上部是离子流在磁场的作用下形成的花朵。

在类似“红色精灵”出现的天气条件下，若空气团的电荷累积量没有达到放电的条件，就不会出现“晴天霹雳”，人们对环境的变化浑然不觉，然而大气中的强对流已悄然形成。如果“晴天霹雳”发生在白天，阳光可能掩藏“红色精灵”，也就隐藏了强对流的警示。这种不可见的强对流比强对流云更具危险性，难以防范。如果飞机遭遇这样的强对流区，飞行员很难做出正确的应对，很可能导致机毁人亡；如果高大的轮船驶入强对流区，也有倾覆的风险；山区的高架桥，如果正处于强对流中，也是危机四伏。今天我们遇到的很多事故，至今找不到合理的解释，不排除遇到了这些人体无法感知的自然灾害。

所以，当我们享受大自然赠予的快乐时，不要忽略它的警告，美景背后可能隐藏着致命的危险。

作者：李燕 责任编辑：唐宇琨