近日，一個(gè)小視頻在網(wǎng)上流傳：在轟隆隆的雷聲中，一道道雷電被直直地引向地面，放射出耀眼的光芒。這一場面令人驚奇，并引發(fā)網(wǎng)友熱議。其實(shí)，這是中國氣象科學(xué)研究院災(zāi)害天氣國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和中國氣象局廣州熱帶海洋氣象研究所在中國氣象局雷電野外科學(xué)試驗(yàn)基地聯(lián)合開展的人工引雷試驗(yàn)。

盡管人們很熟悉電閃雷鳴，越來越多的公共場所也都有避雷設(shè)施，但是對(duì)于人工引雷未必了解。而看似酷炫的人工引雷背后卻有諸多玄機(jī)。

1. 人工引雷尚是一種科學(xué)試驗(yàn)

   
   

自然閃電常常是指雷暴云內(nèi)、云間或者云與地之間自然發(fā)生的強(qiáng)烈放電現(xiàn)象。雷暴云與地面之間的放電稱為云地閃或地閃，頗為鮮明的特征是擊中地面或地上的物體；未擊中地面或地上的物體的閃電則統(tǒng)稱為云閃。由于持續(xù)的時(shí)間很短，絕大多數(shù)自然閃電不超過1秒鐘，且發(fā)生時(shí)間和位置具有較強(qiáng)隨機(jī)性和不確定性。

“人工引發(fā)的云地間的放電過程即是人工觸發(fā)閃電，一般通過人工引雷試驗(yàn)實(shí)現(xiàn)。”中國氣象科學(xué)研究院災(zāi)害天氣國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任、雷電團(tuán)隊(duì)首席研究員呂偉濤解釋，準(zhǔn)確地說，目前科學(xué)家和媒體提及的人工引雷是一種科學(xué)試驗(yàn)。

由于自然閃電具有高電壓、大電流、強(qiáng)電磁輻射、長空間尺度等特征，科學(xué)家要在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行準(zhǔn)確模擬尚十分困難；與此同時(shí)，自然閃電發(fā)生的隨機(jī)性強(qiáng)，近距離開展雷電綜合觀測(cè)也頗為困難，特別是自然閃電電流更是難以直接獲取。

“當(dāng)前，人工觸發(fā)閃電是能夠較為真實(shí)地模擬自然閃電的唯一手段，需要開展人工引雷試驗(yàn)來實(shí)現(xiàn)。”呂偉濤認(rèn)為，當(dāng)引雷試驗(yàn)場上方有雷暴云經(jīng)過的時(shí)候，在合適條件下，通過向上發(fā)射尾部拖曳金屬導(dǎo)線的引雷火箭，快速上升的火箭會(huì)促使放電通道起始并向上發(fā)展入云，最終形成云和地之間強(qiáng)烈的放電現(xiàn)象。

據(jù)介紹，人工觸發(fā)閃電的特點(diǎn)是閃電發(fā)生位置確定、發(fā)生時(shí)間可預(yù)知、便于近距離測(cè)量，所產(chǎn)生的強(qiáng)電磁環(huán)境與自然地閃后續(xù)回?fù)魶]有差異，并且可以實(shí)現(xiàn)閃電通道底部電流的直接測(cè)量，可獲取其電流、近距離電磁場等關(guān)鍵數(shù)據(jù)。

因此，人工引雷是研究雷電放電過程、雷擊效應(yīng)及測(cè)試?yán)纂娞綔y(cè)設(shè)備、雷電防護(hù)技術(shù)和器件的重要手段；可以基于此開展很多科學(xué)試驗(yàn)，包括雷擊過程及其機(jī)理的研究、新型雷電探測(cè)技術(shù)的研發(fā)與測(cè)試以及雷電防護(hù)技術(shù)的測(cè)試等。

2.人工引雷必須滿足苛刻的條件

從旁觀者的角度看，人工引雷看著簡單，只要“放一支箭”就可以。

然而，在科學(xué)家眼里，人工引雷是復(fù)雜而困難的，需要特殊的場地，需要技術(shù)精湛的科研團(tuán)隊(duì)且能嚴(yán)格地按照防護(hù)規(guī)程操作，需要找準(zhǔn)時(shí)機(jī)。

人工引雷試驗(yàn)場地自然要在雷電多發(fā)地帶。“我們的試驗(yàn)場地在廣州從化，位于華南區(qū)域，屬于雷暴多發(fā)地區(qū)。這種‘先天優(yōu)勢(shì)’能夠?yàn)殚_展人工引雷試驗(yàn)提供非常好的自然條件。”呂偉濤解釋。

從事人工引雷的科學(xué)家也不簡單，須有多年的積累和豐富的經(jīng)驗(yàn)。呂偉濤及其所在的科研團(tuán)隊(duì)已從事這項(xiàng)工作達(dá)十余年，每年他們都有近三分之一的時(shí)間在野外開展雷電觀測(cè)試驗(yàn)。

雷電外場試驗(yàn)是與電壓非常高、電流非常大、電磁輻射非常強(qiáng)的觀測(cè)對(duì)象打交道，試驗(yàn)人員的安全始終要被放在首位。因此，人工引雷必須采取嚴(yán)格的安全措施。在發(fā)射火箭引雷時(shí)，所有試驗(yàn)人員必須待在一個(gè)牢固可靠、有良好的屏蔽和接地的金屬方艙內(nèi)，即“法拉第籠”。這個(gè)金屬方艙，即使被雷擊中，里面的試驗(yàn)人員也是安全的。在整個(gè)試驗(yàn)過程中，所有試驗(yàn)人員都必須嚴(yán)格遵守規(guī)章制度和操作規(guī)范。同時(shí)，試驗(yàn)人員要準(zhǔn)確獲取觀測(cè)數(shù)據(jù)，每個(gè)環(huán)節(jié)都來不得半點(diǎn)兒馬虎。

人工引雷火箭拖著一條細(xì)細(xì)的鋼絲，鋼絲需要有足夠的抗拉強(qiáng)度，要細(xì)、要輕，以減輕火箭的負(fù)荷。火箭發(fā)射后上升的速度也是決定能否成功引雷的關(guān)鍵。火箭的發(fā)射速度太快，容易將鋼絲拉斷而導(dǎo)致引雷失敗；火箭太慢，不利于火箭沖破其尖端電暈放電產(chǎn)生的屏蔽層，同樣難以引發(fā)雷電。

人們也曾提出過其它幾種方案，例如高壓水柱引雷法、激光束引雷法、氣球引雷法等。但是，目前尚沒有使用這些方法引雷成功的記錄或報(bào)道。

3.并非每次人工引雷都能成功

“成功引雷的關(guān)鍵是準(zhǔn)確估測(cè)空中電場強(qiáng)度。”呂偉濤說，可發(fā)生放電的電場強(qiáng)度一般為每米百千伏量級(jí)。現(xiàn)有觀測(cè)手段不能直接探測(cè)云中電荷和空中電場分布情況，試驗(yàn)人員只能通過測(cè)量地面大氣電場推測(cè)空中電場強(qiáng)度及其變化趨勢(shì)。

然而，地面電場受設(shè)備架設(shè)條件、周圍雷暴環(huán)境、地形、降水等多種因素影響，試驗(yàn)人員據(jù)此無法準(zhǔn)確估測(cè)空中電場強(qiáng)度。引雷試驗(yàn)會(huì)綜合考慮氣象探測(cè)資料（如雷達(dá)回波）和地面電場變化，結(jié)合理論知識(shí)以及經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行推測(cè)，其中存在較大不確定性。

此外，人工觸發(fā)閃電的成功率與試驗(yàn)期間雷暴條件、觸發(fā)方式、火箭質(zhì)量、導(dǎo)線拖放情況也有關(guān)系。整體而言，引雷能否成功是多個(gè)因素綜合的結(jié)果。比如，火箭發(fā)射是否正常、發(fā)射時(shí)機(jī)是否得當(dāng)、發(fā)射過程中有無自然閃電等。把握好人工引雷時(shí)機(jī)，需要準(zhǔn)確的觀測(cè)、扎實(shí)的理論基礎(chǔ)和豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合。

“并非每次人工引雷都能成功。”呂偉濤表示，世界上有多個(gè)國家曾開展或仍在開展人工引雷試驗(yàn)。國內(nèi)外人工引雷試驗(yàn)成功率大多在30%-40%，隨著探測(cè)手段的豐富完善和科學(xué)家經(jīng)驗(yàn)的不斷積累，人工引雷的成功率會(huì)有所提升。中國氣象局雷電野外科學(xué)試驗(yàn)基地近幾年引雷的成功率達(dá)到了60%以上。

截至目前，這個(gè)雷電基地已連續(xù)14年開展人工引雷試驗(yàn)，成功引發(fā)189次閃電，極大地豐富了雷電物理、防護(hù)、探測(cè)等理論、技術(shù)研究所需的第一手觀測(cè)資料。

4.人工引下來的雷電能量還難以儲(chǔ)存應(yīng)用

不少人都很好奇，能不能把雷電釋放的能量收集起來呢？雷電出沒動(dòng)靜很大，給人的感覺是能量超強(qiáng)。一次典型的地閃釋放的能量大約為109至1010焦耳，5個(gè)100瓦的燈泡亮1個(gè)月消耗的能量大約為1.3×109焦耳（360度電），所以一次雷電釋放的能量并沒有想象中那樣大。但由于雷電放電具有很強(qiáng)的瞬時(shí)性，其能量往往在非常短的時(shí)間內(nèi)被釋放。因此，雷電瞬時(shí)功率非常強(qiáng)，目前還沒有合適的能量儲(chǔ)存器能經(jīng)得起雷擊的考驗(yàn)。另外，雷電出現(xiàn)時(shí)間和地點(diǎn)存在很大隨機(jī)性，在一個(gè)固定地點(diǎn)發(fā)生的雷擊很有限，即使對(duì)于幾百米的高層建筑，每年被雷擊中的概率也就幾十次，因此收集雷電的能量并沒那么容易。

盡管人工引下的雷電的能量不易儲(chǔ)存和應(yīng)用，但是通過人工引雷可以為我國雷電監(jiān)測(cè)、預(yù)警預(yù)報(bào)和防護(hù)技術(shù)研究與開發(fā)提供必要的基礎(chǔ)平臺(tái)，為防御雷電災(zāi)害業(yè)務(wù)的發(fā)展提供更加科學(xué)的技術(shù)支撐，以提高我國雷電災(zāi)害防御能力。

傳統(tǒng)的避雷系統(tǒng)是由避雷針、避雷帶、引下線、接地體等構(gòu)成的，但隨著新型避雷裝置的研究，需要進(jìn)行更加實(shí)際的雷擊試驗(yàn)。有科學(xué)家指出，人工引雷提供了最接近真實(shí)的自然雷電模擬源，不但可以用于雷電物理研究，還能對(duì)雷電防護(hù)裝置的性能進(jìn)行綜合試驗(yàn)和評(píng)估，有力推動(dòng)雷電防護(hù)技術(shù)的創(chuàng)新研發(fā)和應(yīng)用。　（本報(bào)綜合）