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(chǎng)面令人驚奇，并引發(fā)網(wǎng)友熱議。其實(shí)，這是中國(guó)氣象科學(xué)研究院災(zāi)害天氣國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和中國(guó)氣象局廣州熱帶海洋氣象研究所在中國(guó)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(lái)越多的公共場(chǎng)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(guò)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(guò)程即是人工觸發(fā)閃電，一般通過(guò)人工引雷試驗(yàn)實(shí)現(xiàn)。”中國(guó)氣象科學(xué)研究院災(zāi)害天氣國(guó)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(shuō)，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(zhǎng)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(lái)實(shí)現(xiàn)。”呂偉濤認(rèn)為，當(dāng)引雷試驗(yàn)場(chǎng)上方有雷暴云經(jīng)過(guò)的時(shí)候，在合適條件下，通過(guò)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(chǎng)等關(guān)鍵數(shù)據(jù)。

因此，人工引雷是研究雷電放電過(guò)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(guò)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(jiǎn)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(chǎng)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(chǎng)地自然要在雷電多發(fā)地帶?！拔覀兊脑囼?yàn)場(chǎng)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?！眳蝹忉?。

從事人工引雷的科學(xué)家也不簡(jiǎn)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(chǎng)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(guò)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(lái)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?；鸺l(fā)射后上升的速度也是決定能否成功引雷的關(guān)鍵?；鸺陌l(fā)射速度太快，容易將鋼絲拉斷而導(dǎo)致引雷失??；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(guò)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(chǎng)強(qiáng)度?！眳蝹f(shuō)，可發(fā)生放電的電場(chǎng)強(qiáng)度一般為每米百千伏量級(jí)?，F(xiàn)有觀測(cè)手段不能直接探測(cè)云中電荷和空中電場(chǎng)分布情況，試驗(yàn)人員只能通過(guò)測(cè)量地面大氣電場(chǎng)推測(cè)空中電場(chǎng)強(qiáng)度及其變化趨勢(shì)。

然而，地面電場(chǎng)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(wú)法準(zhǔn)確估測(cè)空中電場(chǎng)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(chǎng)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(guò)程中有無(wú)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(guó)家曾開展或仍在開展人工引雷試驗(yàn)。國(guó)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(guó)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(lái)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(lái)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?jī)?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(guò)人工引雷可以為我國(guó)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(guó)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?！。ū緢?bào)綜合）