尽管本书主要介绍的是雷暴云本身及其闪电现象，但是由于晴天大气电场代表的是一个参考状态，而雷暴的发生实际上是相对于这一正常状态的偏离。因此在讨论雷暴的电荷分离之间有必要对晴天电场作一简单的阐述。
大气中带净正电荷，它是大气中两种相反极性多种离子的合成结果。因此大气实际上是微弱导电的，晴天区平均的电流密度在3×10-12 A/m2左右。传导到地球上的面电荷密度约为-10-9 C/m2，总的全球晴天区的地表电荷量约为-5×105 C。不同高度的垂直电场强度在地表呈现极大值，就全球平均而言其值为120 V/m，而在海洋上则为130 V/m；在工业区由于空气高度污染，小离子浓度减小，因此空气电导率变小，在电流密度不变的情况下，场强会大大增高。
地表场强E0 (V/m)与面电荷密度σ（C/m2）的关系式可由高斯定理导出：
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式中：V为电位或地球和z高度大气间的电位差（V）；z为垂直坐标（m）。晴天时，全球各地的E0都具有相同的符号和量级。场强（或电位梯度）随高度减小，10 km高处降至地表值的3%。因而，低层大气通常含有正的空间电荷密度p (C/m3)，这样
 | （2-2） |
将上式积分，得
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同时地表的电位梯度值
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大气相对于地球的电位V，一直到20 km左右都随高度而增加，往上则不再有明显的变化，约为3×105 V。在20 km以上大气中存在很小的电位梯度表明，这些高度上的空气是高度导电的，空间电荷密度随高度增加而减小。
除了由于空间电荷密度和空气电导率的局地变化造成的短时脉动之外，晴天电场强度还存在着日变化和季节变化。在海洋、两极和远离大气污染源的某些内陆地区，电位梯度在格林尼治平均时约19时出现一个极大值，而约在格林尼治平均时04时出现一个极小值。Wilson（1992）认为，晴天电场起源于雷暴，因而他指出：当地球上雷暴最多的地区活动达到最强时，应该出现晴天电场的最大值。果然，Whipple（1929）以格林尼治时间为基准，在全球雷暴活动的变化与海洋上以及两极地区测得的电位梯度的变化之间，发现了很密切的对应关系。在大多数陆地测站，电位梯度极大值和极小值出现的时间取决于地方时，通常存在着两个起伏，04～06时和12～16时出现极小值07～10时和19～21时出现极大值。这个日变化的振幅可达平均值的50%。它与大气污染程度密切相关，后者控制着小离子的含量，从而控制着空气的电导率。在海洋上，电位梯度的年变化不明显；而南北半球上的陆地测站，在当地的冬天出现极大值，夏天出现极小值。
大气离子来自于空气和地球内放射性物质以及宇宙线。在陆地上，最低层的电离主要是由于地壳中放射性物质的作用，它能以大约8个 /cm3?s的速率产生离子对，而宇宙线的速率为2个 /cm3?s。但在较高的高度上，宇宙辐射有一个不断增长的作用。在海洋上，宇宙辐射起主要的作用。离子产生率最初随高度增加而增加，在中纬度地区的12 km高度处达到约45个 /cm3?s。约在12 km以上，由于空气密度减少的原因，离子产生率大大降低。正空间电荷是由于正离子过剩而造成的，平均而言，正离子的过剩与地表上的负电荷相平均，即晴天大气中全球总正离子过剩量为5×105 C左右。
各种离子可以粗略地分成两类：小离子和大离子。小离子通常由几个中性分子簇包围的单键荷电的分子所组成，具有约1.5攻cm2/（s?V）的迁移率。所谓迁移率指在单位电场作用下离子的移动速度。大离子是由小离子附着到大得多的中性气溶胶粒子上时所形成的，具有10-4~10-2 cm（s?V）的迁移率。当小离子产生率q (cm-3?s-1)和由于较大核的捕获及复合造成的小离子消失之间建立平衡时，则小离子的浓度n (cm-3)，近似地由于下列关系式给出：
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式中：n是一种小符号的小离子浓度；N是大粒子（荷电的和中性的）浓度；a是小离子的复合系数，在标准温度、标准压力下为1.6×10-6 cm3 /s；β约为2×10-6 cm3 /s，是大、小离子之间的复合系数。在大气的低层决定离子平衡浓度时，βnN项较为重要；而在1 km以上an2项就变成主要项了。小离子的平均浓度，海上比陆上要大；在陆上小离子较大的产生率更多地为大核高捕获率所抵消。
正、负离子浓度相差不大，而代表正空间电荷的正离子有少量的过剩；正、负小离子浓度之比约为1.2。空气电导率正比于离子浓度和迁移率之乘积，在20 km以下，它随高度增加而剧增，这是宇宙辐射强度随高度而变化，空气密度较小处离子迁移率较大，以及在较大高度上的离子复合率较低和放射性物质的浓度较小等综合作用的结果。低层大气中，正离子的电导率稍大于负离子的电导率，而在约7 km以上，极性电导率几乎相等。在晴天电场作用下，正离子向下移动而负离子向上移动。这就造成了一支方向朝下的传导电流，它使地球的负电荷趋向中和。流过垂直于电场的单位面积的电流
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式中：E为电场强度；λ+和λ-是极性电导率；k和K分别是小离子和大离子的迁移率；n，N是离子浓度；e是离子电荷。在乡村空气中和海洋上，电导率主要是小离子的作用；在城市空气中，大离子的贡献为10%或20%。
由上面讨论可以看出，地球可看作一个携带电荷量-5×105 C，具有漏电流1 800 A（约3×10-12 A/m2）的球形电容器，该系统的时间常数约为4 min。如果它没有能量补充的话，则地球上的负电荷将会迅速消失。地球电荷明显维持恒定的事实说明存在一个再生机制的作用，这就是作为全球发电机的雷暴。雷暴中的电荷结构能够维持由地球向上进入云底的垂直电流，同时也驱动由云顶流向电离层的电流；在晴天区域，由电离层流向地球的1 800A左右的晴天电流又维持了电离层电位的平衡，这就构成了全球电路。雷暴给全球晴天区的总电功率在5×108 W左右，每个雷暴约提供2.5×105 W。而在雷暴区下，全球雷暴输出的功率可高达2×1011 W，每个雷暴约提供108 W。在云内，雷暴提供的功率还要大一些。归根结底，这些能量是太阳的辐射能，通过大气过程，特别是云的过程转变而来的。
