冬天的日本海側，為什麼雷特別多？
― 「鰤魚雷」一出手就是一擊，從低矮的雲層直接落下
提到打雷，大家會想到夏天的午後雷陣雨。但在北陸等日本海側地區，雷聲最頻繁的季節卻是冬天。關鍵在於雲中產生電荷的「負10℃層」的高度。冬天這一層會下降到非常靠近地面的位置。
十一月底，金澤的夜晚。冰冷的雨裡混著白色的顆粒，劈劈啪啪地打在窗上。
就在這時，天空突然一閃，接著傳來一聲轟然巨響。不像夏天那樣，會先聽到遠處隱約的雷鳴作為前兆。
北陸地區把這個季節的雷稱為「鰤魚雷」，被視為寒鰤魚漁季開始的信號。為什麼會在寒冬裡打雷呢？
原因只有兩個
從大陸吹來的冰冷季風，會吹過仍然溫暖的日本海。從下方被加熱的空氣不斷上升，形成帶電的雲，雖然雲層不高。
雲裡的電荷，是在氣溫約負10℃到負20℃的高度產生的。冬天這一層會降到僅僅2〜4公里，與地面或高塔的距離大幅縮短。
這兩個條件一旦重疊，就會形成與夏天性質完全不同的雷。接下來依序說明。
冬天的日本海，是製造雲的「暖水袋」
進入冬天後，從西伯利亞吹來冰冷乾燥的西北季風。這股風所經過的日本海，則有來自南方的暖流注入。即使是冬天，海面溫度也遠比吹過的風更溫暖。
從下方被加熱的空氣變輕，含著水氣往上升。這樣形成的，就是在日本海側降下大雪的雲帶。其中特別旺盛的部分，會發展成雷雲。
金澤每年觀測到打雷的日子約有40天，是全日本雷電最頻繁的地區之一。而且多數集中在11月到隔年1月左右。
產生電荷的那一層，冬天會低到這個程度
在雲裡製造電荷的，是冰粒之間的碰撞。霰（小冰球）與細小的冰晶相撞時，電荷會從一方轉移到另一方。這種作用特別活躍的高度，氣溫約在負10℃到負20℃之間。
海拔越高氣溫越低,大約每上升1公里下降6.5℃。如果地面氣溫是夏天的30℃,要到負10℃，得爬到6公里以上的高度。但如果地面氣溫是冬天的5℃，才2公里多就會到達。
請看圖1。轉動旋鈕改變地面氣溫，產生電荷的那一層的高度就會隨之升降。左邊虛線框，是夏天這一層所在的位置。
低矮的雷雲，為什�麼「一擊」就落下？
夏天的雷雲，高度常超過10公里。電荷累積在高空，傳到地面之前會先經過好幾次隆隆的雷聲。
冬天的雷雲高度較低，電荷積聚的地方就在地面附近。因此常常幾乎沒有前兆聲響，就突然落下一次強烈的一擊。這在北陸被稱為「一發雷」。
另一個特徵是，雷會從地面往上延伸。如圖2右側所示，放電會從高塔或風力發電風車的頂端開始，朝雲的方向伸展。強勁的季風把雲的上層往側邊吹散，有時平常被遮住的正電荷部分，會正對著地面。
冬雷的次數雖然較少，但據報告，其中有些單次放電持續時間較長，帶有大量電荷。在日本海側，風車葉片因冬雷受損的問題一直備受關注。
雲裡製造電荷的，是霰與冰晶的碰撞。冬天如果降下白色的霰粒，就可以推測頭頂上方可能有帶電的雲。
那麼，該怎麼辦才好？
- 即使是冬天，只要發布了打雷注意預報，就要避開空曠的戶外場所因為前兆聲響很少，千萬不要因為「應該還很遠」而掉以輕心。
- 一聽到雷聲，就要躲進建築物或車內請不要靠近高大的樹木或塔的附近。
- 如果有人被雷打中，請立刻打119被打中的人身上不會殘留電流，請不要猶豫，馬上觸碰並開始施救。
在冬天的日本海側，即使是降雪或降霰的日子也會打雷。如果在除雪、釣魚、滑雪場等冬季特有的戶外作業或活動中聽到雷聲，請立刻躲進建築物或車內。
總結
雷雲裡的電荷，是在氣溫負10℃到負20℃的高度產生的。在冬天的日本海側，溫暖的海面讓雷雲持續發展，而這一層卻下降到緊貼地面的高度。因此雷會從低矮的雲層落下，前兆聲響很少，有時甚至是向上延伸。
決定打雷與否的，不是季節，而是「負10℃的高度」。
在冬天的北陸，那個高度就在觸手可及的天空中。
雪雲形成的機制，可參考「為什麼日本海側會下這麼多雪？」一文；冬季季風的起始，可參考「木枯1號」的文章；保護自己不受打雷傷害的基本常識，也可參考「打雷時，為什麼不能躲在樹下？」一文。
- 比較日本氣象廳的雷雨即時預報系統，在夏天傍晚與冬天強冷空氣來襲的日子分別查看。冬天有時會看到日本海沿岸排列著一串打雷的標記。
- 天氣預報提到「高空有強冷空氣」的日子，可以查查看北陸是否發布了打雷注意預報。
- 冬天降霰的日子，可以記錄之後是否聽到雷聲。把從閃光到聽到雷聲的秒數乘以0.34，就能得出到雷電大約的距離（公里）。
觀察請務必在室內進行。只要還能聽到雷聲，就不要走到外面。
想了解更多 ― 用語、公式與教科書的關聯從國中理化到大學專業科目，會明確標示屬於哪個程度的內容
- 國中國中理化課程範圍
- 高中高中「地球科學」「物理」課程範圍
- 高中＋高中的進階內容，或教科書專欄層級的內容
- 大學高中不會教的，大學專業科目（大氣電學、氣象學）的內容
- 研究即使在大學也不會當作「定論」教授的，研究人員目前仍在探究中的內容
國中用語：這個現象有專屬名稱
- 冬季雷：發生在冬天日本海沿岸的打雷現象。從低矮的雲層落下，次數雖少，卻容易發生強烈放電。
- 氣溫遞減率：隨高度上升而氣溫下降的比率。平均約為每上升1公里下降6.5℃。
- 霰：雲中冰粒外層凍上水滴而形成的、直徑數毫米的白色冰球。是雷雲製造電荷的主要角色。
- 鰤魚雷：北陸地區對晚秋到冬天打雷的稱呼。因為正好與寒鰤魚的漁季重疊而得名。
國中高中用公式驗證：產生電荷的層，夏天與冬天的高度差多少？
根據地面氣溫與氣溫遞減率，求出雲中達到負10℃的高度。我們來比較夏天與冬天的差異。
| 用符號表示 | h ＝ ( T0 − T ) ÷ Γ |
| 用文字表示 | 達到該溫度的高度 ＝ （地面氣溫 − 目標溫度）÷ 每1公里的氣溫下降量 |
| 公式的來源 | 把「高空氣溫隨高度等比例下降」這個近似關係（T ＝ T0 − Γ × h）對高度求解後得到的式子 |
| 符號 | 意義與單位 |
| h | 達到目標溫度的高度（公里） |
| T0 | 地面氣溫（℃） |
| T | 目標溫度（這裡是負10℃） |
| Γ | 氣溫遞減率（℃/公里）。採用平均值6.5 |
| 氣溫遞減率 | 每1公里下降6.5℃ |
| 夏天的地面氣溫 | 30℃ |
| 冬天日本海沿岸的地面氣溫 | 5℃ |
| 電荷生成活躍的溫度 | 負10℃〜負20℃ |
| 夏天：地面與負10℃的溫差 | 30 ＋ 10 ＝ 40 ℃ |
| 夏天：達到負10℃的高度 | 40 ÷ 6.5 ≒ 6.2 km |
| 冬天：地面與負10℃的溫差 | 5 ＋ 10 ＝ 15 ℃ |
| 冬天：達到負10℃的高度 | 15 ÷ 6.5 ≒ 2.3 km |
| 夏天是冬天的幾倍高度 | 6.2 ÷ 2.3 ≒ 2.7 倍 |
冬天時，產生電荷層的下緣，大約只有夏天的三分之一高。2.3公里，大約與富士山五合目（能開車到達的登山口）同樣高度。也就是說，雲裡的電荷離地面已經相當近了。
高中高中＋雲中的電荷如何分離
高中空氣上升時會膨脹並冷卻（絕熱膨脹），所以海拔越高氣溫越低。雲裡的水滴即使低於負10℃，也可能不結凍而保持液態（過冷卻），一旦撞上冰粒並凝結，就會逐漸長成霰。
高中＋霰與冰晶碰撞時，電荷會發生轉移。大致上，在低於負10℃的溫度下，霰會帶負電、冰晶會帶正電。較輕的冰晶被帶往上方,較重的霰則留在下方。於是雲的上部累積正電荷,中部累積負電荷。
大學著冰電荷分離與冬季雷的特徵
在大氣電學中，霰與冰晶碰撞所產生的帶電現象，稱為著冰電荷分離（著冰帶電機制）。帶電正負反轉的溫度稱為電荷反轉溫度，約在負10℃前後。已知冬季雷中正極性落雷（雲的正電荷流向地面的雷）的比例，高於夏天。此外，從高大結構物向雲延伸的向上雷（由向上先導引發的放電）也較多，並觀測到持續電流時間較長的放電。
📖 公式推導與進一步內容：氣溫遞減率（日文維基百科） ／ 雷（日文維基百科）
研究目前尚未完全明白的事
- 帶電的詳細機制。 霰與冰晶碰撞時，電荷為什麼會往特定方向轉移，雖然據推測與表面冰層的生長方式等有關，但尚未得到完整的解釋。
- 冬天雲層釋放的輻射。 在北陸冬天的雷雲中，觀測到伽馬射線持續釋放數十秒的現象。推測是雲中的電場加速了電子，但詳細的條件仍在調查中。
- 向上雷的產生方式。 風車或高塔產生的向上雷，在什麼條件下、以什麼頻率發生，這與風車的防雷對策也有關係，研究仍在持續進行。
也就是說，本文的內容也只是「目前已知範圍內的說明」。冬天的北陸，同時也是全球雷電研究者關注的觀測現場。
與教科書的關聯（依程度分類）
| 程度 | 科目・單元 | 對應本文的哪個部分 |
|---|---|---|
| 國中 | 理化2年級「靜電」「天氣變化・日本的氣象」 | 冬季季風與日本海側的雲、冰粒碰撞產生電荷 |
| 高中 | 地球科學「大氣結構」、物理「電場」 | 海拔越高氣溫越低、雲裡電荷的累積方式 |
| 高中＋ | 地球科學進階「雲的物理」 | 過冷卻水滴與霰、依溫度決定的帶電方向 |
| 大學 | 大氣電學・氣象學 | 著冰電荷分離、電荷反轉溫度、正極性落雷與向上雷 |
| 研究 | 雷雲的高能現象・雷電觀測 | 帶電的基本過程、雷雲釋放的伽馬射線、向上雷的發生條件 |
| ― | 與生活的關聯 | 冬天日本海側的打雷注意預報、除雪・釣魚・滑雪場的避難方式 |
- 日本氣象廳「雷的觀測與統計」
- 北川信一郎《雷と雷雲の科学 ― 雷放電から雷雲の電気まで》（森北出版，森北出版株式会社）
- 道本光一郎《冬季雷の科学》（コロナ社，Corona出版社）
- 氣溫遞減率（日文維基百科）
※本文為一般大眾取向的科學解說。文中數值僅為理解機制所用的概略估算值。當打雷注意預報或氣象資訊發布時，請依照氣象廳、地方政府、消防等機構的指示行動。