雷声是怎么产生的(请问雷声是怎么来的，声源在

雷：自然界中的声学与流体动力学之谜

雷，这一伴随闪电产生的声辐射，一直以来都是科学家们研究的焦点。广义而言，雷与雷暴周围大气的所有流体动力学性质息息相关。它不仅涵盖了人耳可以听到的声能量——雷声，还包括了频率低于人耳听觉范围的次声。这两种雷声对应的物理机制各有特色。常见的雷声被认为是闪电通道迅速扩张的结果，而次声则是闪电使云中的电场迅速变化，雷暴云静电场能量转换所产生的。

尽管有关雷的研究历史源远流长，早期的工作成果丰硕，如Uman（1987）、Hill（1977、1979）、Fe（1974、1975、1981）的著作都有详尽的评述。但直到现代，雷声及其产生机制仍充满魅力，吸引着科学家们持续。

雷声，已经有两千多年的描述历史。直到Malan（1963）才首次用现代术语描述近处雷电发出的声音。随后的研究者如Latham（1964）、Nakano和Takeuti（1970）、Uman和Evans（1977）都对雷声进行了实际测量。当闪电距离观测者较近时，雷声会呈现出独特的连续隆隆声，偶尔夹杂着类似撕布的声音。这些声音的产生与闪电过程中的各种物理现象密切相关。例如，“咔”声可能与地面向上的主连接先导放电有关，而隆隆声则源自弯曲的放电通道较高部位。而当闪电距离观察者较远时，声音和光的传播时间差可以帮助我们估算闪电与观测者的距离。

假定存在一个通道，其行为类似于“点源”，其平均长度等于特征半径R0的3/4倍。这里，R0的值取决于两个因素：每单位长度通道中的能量耗散En和环境压力P0，它们之间的关系是R0=（En/πP0）1/2。功率谱的极大值频率fm与声速C0、环境压力P0和能量耗散E之间也有一个特定的公式：fm＝0.63C0（P0/E）。

尽管对于闪电产生的冲击波传播的实验研究还不够充分，但一些学者如Holmesetal.（1971a）、Dasoal.（1968）和Umaal.（1970）通过测量实验室长火花放电产生的冲击波衰减，验证了上述关于闪电冲击波的理论。这些理论主要来源于Fe的冲击波理论，并得到了实验的证实。

与闪电产生的热通道机制不同，次声可能与云内电荷分布改变后引发的静电场的张弛有关。虽然目前对于这两种机制的直接证据仍然缺失，它们的产生机理虽然有物理模式进行描述，但对观测到的雷的压力变化的贡献程度仍然未知。

对于如何利用雷声对闪电通道进行重构的问题，如果三个或三个以上的不在一条直线上的话筒记录到了一次雷声的主要特征，我们可以通过声光差来确定声源的位置。其中，线状跟踪法是一种较为准确的方法。在该方法中，通过利用声波的主要特征到达每一个话筒的时间差来确定入射声波的方向，再结合闪电到达话筒阵的声光差，对方向射线进行数学回归，可以精确地确定放电源的位置。对于这一方法的详细技术可以参考FeandTeer（1974）、Nakano（1976）和MacGomaal.（1981）的论述。

另一种声定位方法被称为雷测距，这种方法中三个话筒的距离较远，一般在公里量级。根据Fe（1981）的理论，当声信号到达相距较远（如百公里以上）的两个话筒时，由于传播路径的不同，声信号会变为不相关。但对于粗略的特征来说，在相距公里量级的两个话筒上仍然具有相关性。对于炸雷而言，到达一个测站的声光差可以用来确定一个可能源位置的球面。通过三个话筒得到的三个球面相交的点，可以准确判断炸雷发生的位置。关于利用雷测距方法对闪电通道的重构可以参考Umaal.（1978）的文章。

在雷雨云中，我们总是先看到闪电后听到雷声。这是因为光在大气中的传播速度几乎是瞬间完成的，而声音在大气中的传播速度相对较慢。虽然闪电和雷声同时发生，但由于传播速度的差异，人们总是先看到闪电而后听到雷声。光的速度是惊人的，每秒钟能走30万公里，而声音每秒只能走340米。这种自然现象为我们提供了独特的观察和研究闪电的机会。