从“雷为天怒”到捕捉利用 我们如何认识雷电?

从“雷为天怒”到捕捉利用 我们如何认识雷电?

对比之前的闪电分类,有时我们可以看到空中有闪电划过,但并未落地,这属于云闪;如果闪电最终击中了高楼大厦、房屋、树木等地面上的物体,就属于地闪。晴天霹雳和常见的雷电现象本质上是一样的,只是雷击位置不同而已。需要指出的是,在户外活动时,即使所处位置并未有狂风暴雨,但听到远处的雷声,也需要提高警惕,及早寻找合适的庇护场所,遵循防雷原则,确保安全。

构建成体系全方位的雷电监测系统

雷电精密监测是科学防范雷电灾害的关键一步,有助于更好地了解雷电的发生机制和发展规律,从而为防雷减灾工作提供科学依据。

目前,我国气象部门已经建立了雷电监测网络,主要包括国家雷电监测网和各地区组建的地区雷电监测网,覆盖全国大部分地区。

刘恒毅介绍,雷电的三维形态研究主要采用地面观测的方式,利用高精度闪电定位仪、专门的闪电相机等,观测雷电放电路径的三维形状及其变化情况;此外,利用计算机技术,可对雷电的发生发展过程进行数值模拟,从而研究闪电特定发展特征及其背后的物理机制。

闪电监测主要依靠对闪电发生时产生的电场、磁场、声音和光信号观测来实现。常见的设备有观测地面电场的大气电场仪,用于较大范围闪电定位观测的低频、甚低频闪电定位系统,用于精细闪电放电路径观测的甚高频闪电定位系统,用于雷暴日记录的人工或仪器观测,以及用于雷击事件记录的闪电光学观测等。

以全国范围的地闪定位系统为代表,它主要用于探测地闪的雷击位置、时刻和强度,并且能够区分正负极性。在此基础上,近年来我国闪电定位系统开始向全闪(能对云闪、地闪等闪电类型进行有效定位和区分)、三维(不仅能提供地闪接地位置,还能提供云闪放电空间三维分布)的方向升级。

有些地区还开始在一些重点区域布设具有闪电放电路径高精度观测能力的闪电定位系统。中国气象科学研究院雷电团队就拥有基于多种技术路线的闪电高精度定位技术。总体来说,我国的闪电定位技术处于国际先进水平。

人工引雷带来更多可能

人工引雷通过将雷电“引下来”开展直接观测,是研究和认识雷电的重要手段。每年雷电高发季,雷电相关领域的气象工作者就会奔赴中国气象局雷电野外科学试验基地,开展人工引雷试验。

人工引雷的原理主要是利用特制的火箭,将一根细长的金属导线拖拽到高空,形成类似上行闪电的物理过程。火箭接近带电云层的过程中,云层中的放电和火箭头部激发的放电会相向而行,发生连接并最终触发闪电。

自1977年首次成功开展人工引雷试验以来,经过近半个世纪的发展,我国这一技术已经相当成熟。目前,在特定气象条件下,我国的人工引雷试验成功率可达70%甚至更高,在国际上处于领先地位。

人工引雷技术的飞速发展,也为雷电为人所用带来更大可能。人工引雷可以在预知的时间、地点捕捉到真实的放电过程,获取直接的雷电流,近距离测量雷电放电参量。

其次,人工引雷技术可以用于雷电防护设施测试,例如对接闪器、引下线、接地电阻等电位连接和电涌保护器等关键防雷部件的检测和评估,以确保其符合规范要求,从而保障高建筑在雷电环境中的安全。

不过,虽然人工引雷可以引下雷电,但目前没有完全可靠的技术能够实现雷电能量的存储利用,这主要是由于闪电发生时间、地点、强度的随机性和不可控性,都会导致雷电能量的收集效率极低,且雷电的瞬时强功率特性,也使得能量收集技术难度非常大。

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