雷放電現象 雷の種類について解説します

雷は季節性や電気的性質の違いから、夏季雷と冬季雷の2つに大別されます。
夏季雷は、夏の太平洋高気圧に覆われた気団の中で、日射に伴う熱と上空の寒気によって大気が不安定になり発生します。一方、冬季雷は、シベリア気団の強い寒気の吹き出しに伴い、寒気が相対的に温かい日本海上を通過することで大気が不安定になり発生し、特に、東北から北陸地方にかけての日本海沿岸部で多発します。
図2は、夏季雷と冬季雷を模式的に示したものです。夏季雷と冬季雷ともに基本的には上部に正電荷分布領域、下部に負電荷分布領域をもつ構造になっています。冬季雷の負電荷や雷雲下部の正電荷は短時間（数分から10数分程度）で消滅するため、短命な電荷分布を（＋）、（－）で示します。夏季雷は冬季雷に比べ、雲底と雲頂の高度が高く、雲内の電荷分布領域は地表から約5km以上の高度に分布しており、落雷回数が多いことが特徴です。一方、冬季雷は夏季雷に比べ、雲底と雲頂の高度が低く、雲内の電荷分布領域は地表から約2km以上に分布します。落雷回数は少ないですが、1回の落雷の中和電荷量（落雷のエネルギー）が夏季雷の数10倍から100倍程度大きい場合が多いことが特徴です。

落雷は極性と放電の進展方向の違いにより、図3に示すように4種類に分類されます。落雷時に雲内の正電荷が中和される場合は正極性落雷、負電荷が中和される場合は負極性落雷と呼びます。落雷の主放電（激しい発光）に先行するリーダの進展方向が地上から雷雲に向かう場合を上向き、雷雲から地上に向かう場合を下向きと呼びます。夏季雷の落雷の90%以上は、下向き負極性落雷（a）で、落雷の放電路の枝分れが下向きに広がり、夏季によく目にする落雷がこの現象です。一方、冬季雷は、正極性落雷（b）、（d）が約半数を占めます。これは、夏季雷に比べ、雲内の上昇気流が弱いため、雷雲内の下層の負電荷や正電荷が雨や雪と共に落下し、上層の正電荷が残るため、正極性の落雷が多くなると考えられています。また、雲底が地表に近いため、高構造物から上向き落雷（c）、（d）の発生頻度が高いことが特徴です。

ここでは、よく見られる下向きの負極性落雷の多重雷の仕組みの一例を紹介します。

1. ステップトリーダは50m 程度伸展すると30 ～ 90 マイクロ秒（1 マイクロ秒＝ 0.000001 秒）休止して、また伸展し休止するという動きを繰り返しながら次第に大地に接近していきます。その平均伸展速度は秒速150km 程度であり、雷雲の高さが地上から約3000m とすると、ステップトリーダが大地に接近するのに0.02 秒程度かかることとなります。
2. ステップトリーダの先端が大地に接近すると、地上から上向きのお迎え放電が複数発生し、そのうち一つがステップトリーダとつながることで、雷放電路が形成されます。
3. 形成された雷放電路を通って、リターンストローク（帰還雷撃）が雷雲に向かって発生します。リターンストロークの時間は数十～数百マイクロ秒とみられており、平均伸展速度は秒速10 万km と、光の1/3 の速さで進みます。これによってステップトリーダ上の電荷、および雷雲の電荷の一部が中和されます。以上が一連の雷放電現象です。
4. 1 回の雷放電では雷雲の電荷がすべて中和できないことが多く、帰還雷撃の数十マイクロ秒後、引き続いて同じ経路を雷雲から大地に向けて第2 の先行放電（ダートリーダ：2回目以降はすべてダートリーダと呼ぶ）が伸展します。ダートリーダは、ステップトリーダのような休止期間がなく、連続的な放電であるため、ダートリーダの伸展速度はステップトリーダの数十倍の速さとなります。
5. ダートリーダが地上に達すると、第2の帰還雷撃（後続帰還雷撃）が伸展します。通常の落雷では複数の後続帰還雷撃を伴うことが多く、これを多重雷といいます。多重雷は60 ～ 70％の頻度で発生します。約半数の落雷で帰還雷撃に引き続いて放電路に数百アンペア程度の電流が、0.001秒から1秒前後流れ、これを連続電流と呼びます。この中和電荷量は 数C（クーロン：電荷量）から数100C に及び、帰還雷撃の中和電荷量より大きく、落雷時の破壊力も大きくなります。

クーロン

電荷量のことで、電気量の単位。1 アンペアの電流が1 秒間に運ばれる電荷量が1 クーロン。