图8.6　雷暴闪电、蓝色喷流和红精灵

发生在对流层的雷暴闪电是雷暴云层与地面的通电现象。发生在中层大气的蓝色喷流（blue jet）和红精灵（sprite）是雷暴云层与电离层通电的现象。

地球大气还包含带电粒子［离子 （ions）和自由电子（free electrons），合称“等离子体”（plasma）］的部分，称为“电离层”（ionosphere）。电离层的高度在60～1000公里，范围涵盖了中层大气的上层、热层和外逸层，上接磁层（magnetosphere）和行星际空间。电离层的离子由太阳高能辐射产生，带电粒子对无线电波（radio wave）的远程传送有重要的影响。电离层包含D、E、F三层。D层高度为60～90公里，主要由氢原子莱曼系列α线（Lyman-alpha,121.6 nm）使NO离子化产生，中频（MF）与高频（HF）无线电波在此传播会有所衰减。此处离子复合为中性分子的速度相当快，D层在晚间几乎消失。E层高度为90～150公里，主要由软X射线（soft X-ray,波长1～10 nm）和远紫外辐射（far UV，122～200 nm）使O2离子化产生，在晚间也会变弱。F层高度为150～500公里，主要由极紫外辐射（extreme ultraviolet radiation,10～121 nm）使O原子离子化产生，此处电子密度最高，日夜都存在，能够反射高频电波，是无线电短波长程传播的基础。频率在30兆赫（MHz）以上的甚高频电波（VHF）则可以穿越电离层而进入太空。

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图8.7　全球大气电路

地球大气层里有一部分充满着带电的粒子，称为“电离层”（ionosphere）。电离层的高度在60～1000公里。电离层形成了全球大气电路（global atmospheric electric circuit）里的重要一环。通过雷暴闪电、蓝色喷流和红精灵等现象，电离层会把其带负电的电流下传到地面（等于把带正向的电流从地面上传到电离层）。电流可以在电离层内流通，然后以晴天电流形式下传到地面，再通过地球本身的传导而形成一圈电路。

电离层亦是全球大气电路（global atmospheric electric circuit）的主要一环。雷暴闪电（雷暴云层与地面通电）、蓝色喷流（blue jet）和红精灵（sprite，雷暴云层与电离层通电）把电流上传，通过电离层，以晴天电流形式下传，再通过地球本身而形成一圈电路（约1000安培）。其中雷暴提供了所需的电力来源（电动势，electromotive force），雷暴云层在-20～10℃中的软雹（grauppel）、雪珠和冰雹因下坠时与细小的冰粒摩擦而带上负电，不同高度的云层间于是产生了电位差（electric potential difference）。中下层的雷暴云带负电，与地面的电压达1亿伏特（Volt），足以克服空气的高电阻，电子经闪电由云层传至地面，云层中带着正电的小冰粒因为较轻而可以随着气流上升，两者都形成向上的电流。