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人工渡劫!看引雷火箭如何觸發(fā)閃電
關(guān)鍵字:(觀察者網(wǎng)訊)據(jù)中國氣象局網(wǎng)站消息,6月4日,華南地區(qū)出現(xiàn)大范圍雷暴天氣,伴著隆隆的雷聲,中國氣象科學(xué)研究院災(zāi)害天氣國家重點實驗室雷電研究團隊抓住引雷機會,在廣州從化引雷試驗場發(fā)射了今年的首枚引雷火箭,并成功觸發(fā)閃電;當日,廣州高建筑物雷電觀測站和深圳雷電觀測站也捕捉到多次閃電事件。次日,從化引雷試驗場發(fā)射10枚引雷火箭,7次成功觸發(fā)閃電。這也意味著,2019年中國氣象局雷電野外綜合觀測試驗全面啟動。
據(jù)中國氣象科學(xué)研究院災(zāi)害天氣國家重點實驗室副主任、雷電研究團隊首席專家呂偉濤介紹,今年是連續(xù)第14年開展人工引雷試驗,迄今已成功引雷150余次,極大地豐富了雷電物理、雷電防護、探測等理論和技術(shù)研究所需的第一手觀測資料。
去年試驗結(jié)束后,雷電研究團隊在試驗基地架設(shè)了國內(nèi)引進的首套“閃電成像陣列”(LMA)。該陣列是一種長基線時差法雷電甚高頻(VHF)輻射源定位系統(tǒng),可用于雷暴電過程的實時無遺漏精細化三維探測,目前已在多個國際大氣電學(xué)研究機構(gòu)以及重大研究計劃中作為關(guān)鍵探測設(shè)備使用。該陣列可用于閃電的精確定位,為雷暴電活動觀測提供寶貴的精細化定位資料,推動雷暴起電、閃電放電機制以及強對流天氣研究。
今年,雷電研究團隊專門設(shè)計、定制的引雷試驗方艙建設(shè)完成并投入使用,顯著改善了雷電野外試驗的基礎(chǔ)條件,為外場試驗的順利開展和資料的高效獲取奠定基礎(chǔ)。
同時,圍繞國家重點研發(fā)計劃專項“雷暴云起放電過程和雷擊效應(yīng)研究”和中國氣象科學(xué)研究院重點項目“華南季風(fēng)/臺風(fēng)強降水協(xié)同觀測試驗”中的關(guān)鍵科學(xué)問題,雷電研究團隊進一步優(yōu)化了試驗方案,完善了觀測手段。
呂偉濤介紹,今年,團隊將電流直接測量的數(shù)據(jù)精度提高到亞安級,實現(xiàn)了遠、近距離相結(jié)合的閃電光學(xué)綜合觀測,未來還將開展基于無人機的空中電場探測,進一步完善三維閃電精細化定位技術(shù),增強對高建筑物雷擊過程全方位的探測能力。這些改進能夠顯著增強對閃電放電過程形態(tài)、物理參量等的觀測和解析能力。
此外,雷電基地也將繼續(xù)作為真實雷電環(huán)境測試平臺,與國內(nèi)外科研單位、高校深入合作,開展雷電物理、雷電探測和雷電防護等方面的觀測試驗與研究。目前,正在聯(lián)合南方電網(wǎng)開展地電位抬升等雷電防護觀測試驗,聯(lián)合武漢大學(xué)開展10千伏配電線路人工引雷試驗和雷電流、沿線過電壓以及多參量的同步觀測研究,聯(lián)合南京信息工程大學(xué)開展地基微波輻射計對雷電熱效應(yīng)的遙感觀測研究等。
延伸閱讀:探秘人工引雷
據(jù)中國氣象報2017年報道,為解開雷電發(fā)生的物理過程之謎,中國氣象科學(xué)研究院災(zāi)害天氣國家重點實驗室(以下簡稱重點實驗室)雷電研究團隊于2006年在廣州從化建立了國內(nèi)首個固定雷電野外試驗基地,每年5月至8月開展人工引雷試驗,目前已成功引雷百余次。在那里,他們進一步發(fā)展了人工引雷技術(shù),大大提高了人工引雷的成功率,為雷電研究和防護技術(shù)發(fā)展提供了有效手段。同時,他們獲取的分析資料填補了我國氣象部門在雷電電流測量方面的空白。目前,世界上只有法國、美國、日本、巴西和中國等掌握了人工引雷技術(shù)。
什么是人工引雷?
人工引雷,指的是在雷暴環(huán)境下利用一定的裝置和設(shè)施,人為在某一指定點觸發(fā)閃電,并把閃電引到預(yù)知位置進行科學(xué)試驗。
目前,通常是在雷暴條件比較成熟的情況下,通過帶鋼絲的小型火箭將雷電人為地引發(fā)到地面,使本來隨機發(fā)生的自然雷電在可控狀態(tài)下進行。鋼絲在向上發(fā)展過程中,會誘導(dǎo)形成一個雷電,這個雷電就會沿著這個導(dǎo)線打到地面上。
雷電發(fā)生前,云層中的電場將會影響地面上的電場。根據(jù)地面上的電場強度,可以大概推斷云層中的電場強度,以確定觸雷時間。當火箭飛到200米至400米高度時,就在雷暴云和大地之間建立了一條放電“通道”?! ?
如何實現(xiàn)人工引雷?
引雷火箭是人工引雷的主要工具,箭體內(nèi)有火箭發(fā)動機、發(fā)動機點火電爆管。
人工引雷火箭拖著一條細細的鋼絲,鋼絲要有足夠的抗拉強度,要細、要輕,以減輕火箭的負荷,而且導(dǎo)線表面要光滑,以減小飛行阻力。
火箭發(fā)射后上升的速度是決定能否成功引雷的關(guān)鍵?;鸺陌l(fā)射速度要掌握適中,太快了,會將鋼絲拉斷;火箭太慢,趕不上帶電粒子的飄移速度,同樣不能引雷電落地。
其他人工引雷手段,如向雷暴云噴射火焰或高壓水柱以及激光誘雷等,目前尚未取得真正意義上的成功。激光誘雷涉及諸多理論和技術(shù)問題,是今后值得深入探討和研究的課題,一旦獲得成功,將具有重要的科學(xué)意義和實用價值?! ?
人工引來的雷電和自然條件下的雷電有什么相同和不同之處?
人工引雷能提供最接近真實的自然雷電模擬源,觸發(fā)閃電的過程和自然閃電的過程是完全相似的。不過,自然界中閃電發(fā)生的時間和地點都很隨機,而人工觸發(fā)閃電可以預(yù)知發(fā)生的時間和地點。
在我國南方雷暴云條件下,絕大多數(shù)的人工觸發(fā)閃電都是負極性的。地面觸發(fā)的負極性閃電事件與高建筑物上發(fā)生的負極性上行自然閃電相類似,始于上行正先導(dǎo),可能包含一次或多次直竄先導(dǎo)-回擊過程,有時僅出現(xiàn)連續(xù)電流而無回擊過程。地面觸發(fā)方式的閃電事件不能模擬自然閃電向下發(fā)展的梯級先導(dǎo)-回擊過程。
空中觸發(fā)的負極性閃電則有著不同的特征,在火箭上升到一定高度后,在導(dǎo)線上下兩端將分別產(chǎn)生向上傳輸?shù)恼葘?dǎo)以及向下傳輸?shù)呢撓葘?dǎo),下行負先導(dǎo)向下發(fā)展并最后接地的過程能夠在一定程度上模擬自然閃電的下行先導(dǎo)-回擊過程,通常被稱為下行先導(dǎo)-小回擊過程。不管是地面觸發(fā)還是空中觸發(fā)方式的人工引雷,其初始連續(xù)電流過程之后的下行先導(dǎo)-回擊過程,與自然閃電都沒有根本性的差異。
人工引來的雷電最后用來做什么?
人工引雷可以為我國雷電監(jiān)測、預(yù)警預(yù)報和防護技術(shù)研究與開發(fā)提供必要的基礎(chǔ)平臺,為我國雷電業(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,需要進行更加實際的雷擊試驗。人工引雷提供了最接近真實的自然雷電模擬源,不但可以用于雷電物理研究,還能對雷電防護裝置的性能進行綜合試驗和評估,結(jié)果更為可靠。
另外,人工引發(fā)雷電對雷暴電場和降水有明顯影響,一般會導(dǎo)致降雨猛增,對冰雹云進行人工引雷則可以使冰雹削減、降水增加。未來,人工引雷有可能成為人工影響天氣過程的一個有效手段。
人工引雷所在地點的附近還會產(chǎn)生強大的電磁輻射。這種輻射則可能誘發(fā)農(nóng)作物或其種子基因發(fā)生變異。如果將人工引雷技術(shù)應(yīng)用于人工育種,就能以大大低于太空育種的成本,選育出多種有實用價值的新品種。
雷電是一種強大的能源,如果能控制它并為人類造福將產(chǎn)生不可估量的價值,人工引雷火箭也許是走向成功的第一步。
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- 責(zé)任編輯:于文凱
- 最后更新: 2019-06-16 11:46:22
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