由于閃電主要來自(zì)雷雲，因此人們(men)對雷雲的(de)電結構進行(xíng)了廣泛的(de)探測，其結果有(yǒu)如(rú)圖1.15所示的(de)一(yī)些。其中(1)是德國(guó)伊斯雷爾(H Israel)發表于(Atomasheric Electricity)第二卷，在英國(guó)倫敦附近的(de)丘地(dì)區上空探測到的(de)情況，而(2)和(hé)(3)兩圖是美國(guó)尤曼(M.A.Uman) 所(Lightrine)書中刊出的(de)，在美國(guó)新墨西哥(gē)州和(hé)南非多雷地(dì)區上空探測到的(de)結果。

  

   以上都是20世紀50、60年(nián)代提出來的(de)。不過，近年(nián)來出版的(de)書刊上發表的(de)雷雲電結構圖也大緻與此相同，如(rú)圖1.16所示。其中(1)是尤曼發表在1986年(nián)出版的(de)《AII Ahout Lightning》一(yī)書中的(de)，而(2)則是1990年(nián)6月美國(guó)肯尼迪航天中心(KSC)和(hé)美國(guó)國(guó)家航天局(NASA) 聯合發表的(de)一(yī)份防雷技術報告中的(de)。
  從這些圖中可(kě)以看出有(yǒu)四個共同點:①雷雲的(de)體電荷分布很複雜，但大緻有(yǒu)三個電荷集中區:②最高(gāo)集中區是正電荷，中區是負電荷，最低(dī)區也是正電荷，但這裡電荷較少;③從地(dì)面上觀測，雷雲似乎是帶負電的(de)，因為(wèi)負電荷中心離(lí)地(dì)面較近，而且電量也較多，雲地(dì)之間的(de)大氣電場主要是由它來決定的(de)，這樣就可(kě)以理(lǐ)解雷暴來臨時大氣電場傾向的(de)現象了;④從遠離(lí)雷雲的(de)地(dì)方來觀測.雷雲的(de)電性類似電偶極子(zǐ)。
   雷雲在形成過程中是怎樣産生電荷的(de)?為(wèi)什麼又總是分布成三個電荷集中區?許多科(kē)學(xué)家都對此進行(xíng)了探索，提出了許多假說，其中，近似正确的(de)大緻有(yǒu)如(rú)下四種

  

  ①感應起電說:該假說認為(wèi)在雷雲形成時，所含降水粒子(zǐ)在垂直大氣電場中感生出電荷。水滴下端感應出正電荷，水滴上端感應出負電荷，如(rú)圖1.17所示。水滴下降時與大氣中的(de)離(lí)子(zǐ)相遇，異性電荷相互吸引，于是大氣中的(de)負離(lí)子(zǐ)容易與下降水摘相吸附，以至于水滴下端的(de)感生正電荷被中和(hé)，這樣水滴就帶上端所剩下的(de)負電荷了。而大氣中的(de)正離(lí)子(zǐ)被下降的(de)水滴排斥，繞過水滴繼續上升，結果便造成了雷雲上部帶正電、下部帶負電的(de)電荷分布狀況。
  該學(xué)說大緻說明了雷雲起電後的(de)電荷分布，但在精确說明雷電現象時卻發現有(yǒu)不妥之處，故後來有(yǒu)所修改，即認為(wèi)下降的(de)降水粒子(zǐ)不一(yī)定是液态的(de)，也可(kě)以是固态的(de)冰晶、苞粒等，它們(men)受到大氣電場的(de)作用面極化，上升氣流的(de)中性粒子(zǐ)與它們(men)相碰時，會帶走下降極化粒子(zǐ)下部的(de)正電荷。經過理(lǐ)論計算，這樣的(de)起電機(jī)制所形成的(de)雲中正、負電荷量便與實驗觀測到的(de)雲中帶電量接近了。
  ②溫差起電說:根據實驗，而且從物理(lǐ)上也可(kě)以說明，冰有(yǒu)熱電效應。如(rú)圖1.18所示，在冰塊中同時存在着氫離(lí)子(zǐ)H和(hé)氫氧根離(lí)子(zǐ)OH，其離(lí)子(zǐ)依度随者溫度的(de)升高(gāo)而增大。當冰塊兩端溫度不同時，熱端的(de)離(lí)子(zǐ)濃度高(gāo)，冷端的(de)離(lí)子(zǐ)濃度低(dī)，因而會發生離(lí)子(zǐ)擴散現象。兩種離(lí)子(zǐ)均會從熱端跑向冷端。不過氨離(lí)子(zǐ)H的(de)質量輕，擴散速度快，先到達冷端，這樣導緻冷端帶正電同時建立起靜電場，阻礙後面的(de)組離(lí)子(zǐ)H繼續向冷端擴散。最後達到動态平衡時，離(lí)了分布穩定下來，使冷端帶有(yǒu)一(yī)定的(de)正電，熱端帶有(yǒu)一(yī)定的(de)負電，而冰塊成為(wèi)一(yī)個電偶極子(zǐ)。
  所有(yǒu)觀測都看到雷雲中有(yǒu)大量的(de)冰晶、苞粒和(hé)過冷水滴存在，因此該學(xué)說認為(wèi)雷雲中的(de)冰晶、霍粒在對流氣流的(de)攜帶下相互碰撞和(hé)摩擦，造成溫度差異，從而發生熱電現象。當兩端在重力和(hé)氣流作用下相互分式均帶上了電，這樣就定性地(dì)說明了雷雲中正、負電荷的(de)分别集中。由該理(lǐ)論可(kě)以推導出某些與實驗觀測值較為(wèi)接近的(de)結論。
  ③破碎起電說:1964年(nián)，馬特熱斯(Mathown) 和(hé)梅森(B. J. Mason)在對雷雲進行(xíng)探測時，拍攝到大雨滴在下降過程中的(de)一(yī)一(yī)組照片，如(rú)圖1.19所示，這些照片顯示出大雨滴受到氣流的(de)作用，變得不穩定，最後變形破碎，産生許多小水滴和(hé)幾個較大水滴，小水滴帶負電而大水滴則帶正電。
  為(wèi)了解釋雷雲起電現象，他們(men)注意到雨滴下降時有(yǒu)晴天大氣電場的(de)起始感應作用，雨滴被極化帶電，因面破碎時所帶電量就多得多。雲中電荷增多時，大氣電場強度電跟着增大，反過來又使雨滴極化時帶電量增大。如(rú)此反複循環作用，使得雨滴破碎時所帶的(de)電量大大增加，由此推算出雲的(de)帶電量與實驗觀測值就比較接近了。
  4.凍結起電說：濃積雲中上升氣流雖然很強烈，使水滴相互摩擦作用很大，水滴碰撞分裂也很劇烈，然而在雲中産生的(de)電荷并不像觀測到的(de)那樣多，因此該學(xué)說認為(wèi)，隻有(yǒu)當雲中冷水滴與苞粒接觸時，過冷水滴有(yǒu)了凝結核，發生相變迅速變成固态，雲中電荷才會迅速增加

濃積雲發展為(wèi)雷雲時，過冷水開始凍結，放出潛熱，使凝結的(de)冰塊內(nèi)部膨脹，導緻外部冰殼破裂成冰屑，又由于潛熱造成溫差，産生熱電現象，使破碎的(de)冰屑和(hé)內(nèi)部的(de)冰核均帶山電，輕而小的(de)冰屑帶正電，被氣流攜帶着上升，使雷雲上部聚集起正電，較大的(de)冰核帶負電，它們(men)停留在原址或略有(yǒu)下降，所以雷雲的(de)中下部帶負電。雷雲中部溫度在0到10攝氏度，是過冷水滴最多的(de)區域，所以雷雲中部負電荷較多，該學(xué)說較好的(de)說明了雷雲的(de)電荷分布情況，同時與實驗觀測也比較接近。

  但是。真正的(de)雷雲起電機(jī)制究竟如(rú)何，要判斷和(hé)檢驗上述各種學(xué)說也十分困難，因為(wèi)不太可(kě)能到雷雲中進行(xíng)驗證，而僅靠地(dì)面實驗室所制作模拟雷電實驗，還是遠遠不夠的(de)，雷雲起電過程非常複雜，而且很可(kě)能還是綜合性的(de)，上述各種學(xué)說僅僅是從某一(yī)個側面反映了雷雲的(de)起電機(jī)制，所以說要全面正确地(dì)認識雷雲起電機(jī)制，這些學(xué)說應該是在雷雲中都起了作用