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科学报|我们为什么要“主动”引雷？

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科学报|我们为什么要“主动”引雷？
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工作人员远程发射专用引雷火箭 。 大气物理所供图
采访人员 赵广立
每年的6~8月是我国雷电灾害的高发期 。 8月10日媒体报道称 ， 近日大连一55岁男子在海边扒贝类时疑遭雷电击中不幸身亡 ， 人们猜测其死因“大概是工具（扒贝类用的耙子等金属工具）把雷引来了” 。
雷电灾害不仅危及人员或动物生命安全 ， 还容易引发火灾 ， 造成电力系统、通信系统、雷达天线及其他电子信息系统故障而产生直接或间接经济损失 。
防雷减灾的前提是更加了解雷电 。 因此 ， 自20世纪70年代 ， 我国科研人员就着手开展了“人工引雷”试验 。 直到今天 ， 人工引雷作业仍是人们研究和认识雷电的重要手段 。 从网上流传的人工引雷视频中可以看到 ， 一道闪电从天而降 ， 宛若孙大圣的“金箍棒”一般笔直入地 。
人工引雷是什么？人工引雷的目的是什么？对于我们应对雷暴灾害有哪些帮助？近日《中国科学报》专访了专门从事人工引雷作业的科研团队——中科院大气物理研究所（以下简称大气物理所）中层大气和全球环境探测重点实验室副主任、副研究员蒋如斌及研究员郄秀书 。
初识人工引雷：人类控制利用雷电梦想成真
《中国科学报》：能否简要介绍一下人工引雷这项技术？
蒋如斌：人工引雷是指向起电的雷暴云体发射拖带金属导线的专用引雷火箭以引发雷电的专门技术 ， 被称为“火箭—拖线人工引雷技术” 。 通常在合适的雷暴电场条件下 ， 当引雷火箭上升达到200米左右的高度时即可引雷成功 。
《中国科学报》：人工引雷是近年来兴起的吗？中间经历了怎样的发展？
郄秀书：其实 ， 人工引雷试验已不是新鲜事物了 。 从20世纪60年代开始 ， 美、法、中、日等国都先后成功开展了人工引发雷电试验 。 中科院原兰州高原大气物理研究所曾于1977年利用土火箭首次人工引雷成功 ， 1989年利用专用引雷火箭引雷成功 。
我们在山东滨州的人工引雷试验开始于2005年 ， 并首次在国内测到峰值达数万安培的回击电流波形 。 2006年开始 ， 中国气象局也在广东从化持续开展人工引雷试验 。
为进一步改进火箭性能 ， 大气物理所与中国航天总公司陕西中天火箭技术有限责任公司合作 ， 2008年联合研发了新型人工引雷专用火箭 ， 并在2009年的人工引雷试验中首次使用并取得成功 。 目前国内的人工引雷试验都使用了我们研制的引雷火箭 ， 成本比进口的引雷火箭低很多 。
截至目前 ， 国内成功人工引雷总次数估计超过300次 。
可以说 ， 人工引雷使得人类控制雷电、利用雷电的梦想成为了现实 。 我国的人工引雷科学试验发展到今天 ， 背后凝聚着三四代人的不断努力和探索 ， 成果来之不易 。
《中国科学报》：什么天气条件下适宜开展人工引雷作业？如何把握最好时机？
蒋如斌：自然界中 ， 绝大部分雷电发生于对流旺盛的雷暴云中 ， 这也是开展人工引雷作业的必要条件 。 通俗地讲 ， 人工引雷就是把即将发生的自然雷电 ， 提前几十到几百毫秒人为诱发到指定位置 ， 使其在指定的时间和地点发生 。
引雷的最好时机是自然雷电即将发生但尚未发生之时 。 引雷作业需要根据强对流天气实况、地面大气电场、自然雷电发生频率等信息 ， 判断雷暴云的起电状况 ， 确定发射引雷火箭的时机 ， 一般要求雷暴云的对流比较旺盛、起电相对剧烈 。
再看人工引雷：科学认识雷电用途多多
《中国科学报》：人工引雷的主要用途是什么？
郄秀书：目前为止 ， 人工引雷的最主要目的还是为了更科学地认识雷电 。 人工引雷可以在一定的时间和空间可控状态下进行 ， 为集中多种观测设备对雷电进行直接和近距离测量提供了条件 。 随着人工引雷技术趋于成熟 ， 人工引雷试验不仅在科学研究中发挥着重要作用 ， 也在通信、石化、电力等行业的雷电防护技术测试 ， 以及雷电定位系统的效果评估等方面得到了应用 。 当然 ， 也希望有朝一日能更好地干预和影响雷电、控制雷电 ， 甚至安全利用雷电 ， 但这都要建立在对雷电的科学认识之上 。
《中国科学报》：“雷电定位系统”是什么？它主要发挥哪些作用？
郄秀书：雷电定位系统主要是用于确定雷电发生的时间、位置、强度和类型等特征的一种雷电测量装置 。 通常是利用相隔一定距离的多个测量站来同步测量雷电放电过程产生的不同频段的电磁波 ， 再通过一定的定位原理和算法设计 ， 反演确定放电事件的发生时间、位置等信息 ， 它是观测和定量研究雷电的重要基础 ， 也是进行雷电监测预警的重要手段 。
根据目的不同 ， 可以建立不同类型的雷电定位系统 。 比如 ， 科学研究关注的是闪电发展传输的全过程 ， 需要对一次闪电放电的全过程进行高精度高时间分辨率的三维成像定位 ， 近10年来 ， 类似的定位系统在国内外发展非常迅速 。 而对于业务化的闪电监测而言 ， 可能更聚焦闪电打到地上的时间、位置 ， 峰值电流强度等 ， 这些信息可帮助进行森林雷击火灾的判别、雷击输电线路故障点查找等 。 业务化的闪电定位系统在气象、电力、林业、航空等领域都有广泛应用 ， 甚至航天发射中也配备有雷电定位系统 。
展望人工引雷：仍有待解之谜
《中国科学报》：人工引雷的雷电能量可以存储吗？
郄秀书：目前还没有存储雷电能量的设想 ， 这主要是因为一次雷电的能量并不大 。
【科学报|我们为什么要“主动”引雷？】雷电是一种瞬时放电过程 ， 其瞬时功率非常强 ， 峰值功率可达10亿千瓦 ， 峰值电流可达几十万安培 ， 但这种高功率的持续时间仅在微秒量级 ， 一次闪电能量约为109焦耳 ， 差不多可供30个100瓦的灯泡照明100小时 。 因此闪电虽然有强大的瞬时功率 ， 可以造成巨大的破坏力 ， 但能量很小 ， 存储下来的利用价值微不足道 ， 或者说性价比不高 。
《中国科学报》：人工引雷能引起雨量增加或者减少冰雹灾害吗？
郄秀书：有研究认为人工引雷发生后 ， 通道附近会出现降水倾泻的现象 ， 成功进行人工引雷试验的雷暴也有冰雹减少的现象 ， 但是目前这种现象的资料太少 ， 不具有统计意义 。
人工引雷和人工降雨增加降水、人工消雹减少冰雹的原理不同 。 人工降雨和人工消雹技术是通过飞机、火箭、大炮等向云中播撒碘化银等催化剂 ， 改变云微物理过程 ， 实现提前或延缓降水、增加或减少降水及消减冰雹的目的 。 人工引雷后降雨的增加可能是由于雷电导致带电的雨滴等所受电场力骤降 ， 短时间内的降水强度突然增加 ， 其影响的时间和空间范围有限 。
《中国科学报》：人工引雷能否“引”出或者捕捉、控制球状闪电？
蒋如斌：至今 ， 尚无任何证据表明人工引雷曾“引”出过球状闪电 。 球状闪电的发生比较罕见 ， 因此对球状闪电的有效观测结果还很少 。 目前 ， 学术界对球状闪电发生机理的认识还存在很大争议 。
《中国科学报》：我们对雷电的认识还有哪些亟待探索的问题？
郄秀书：实际上关于闪电 ， 人类还有很多问题没有解决 。 比如：闪电如何在云内始发？闪电通道如何发展传输？雷电电荷如何传输？闪电放电过程中的能量如何分配？闪电发生时的云内电场有多强？闪电是否可以产生高能X射线和伽马射线？
甚至还有一些基本问题 。 比如：为什么有些闪电仅发生在云内 ， 有些会打到地上？不同闪电的强度、发展特征等为何不同？看似有很大随机性的闪电到底有哪些共性规律和不同？哪些地方更易遭受雷击？这些问题都亟待探索 。
[责任编辑: 武玥彤 ]

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