入夏以來(lái)，我國雷電暴雨天氣頻發(fā)。我們該如何科學(xué)認識雷電？我國針對雷電監測有哪些科技支撐？人工引雷有何作用？公眾該如何避雷、如何防御雷電災害？本期策劃帶大家了解“雷電”。

起底雷電——

如何平安度過(guò)“雷電季”？

       作為最常見(jiàn)的天氣現象之一，雷電以其猛烈的破壞力被人們熟知。那么，雷電是怎么形成的？公眾又應如何防范雷擊災害？

雷電“誕生地”

       雷電也稱(chēng)為閃電，是發(fā)生在大氣中的一種長(cháng)距離、強電流、強電磁輻射自然現象。

       雷電常常“出生”在對流發(fā)展旺盛的積雨云中，云層內的各種微粒因為碰撞摩擦等因素分離積累正、負電荷，形成較為集中的正、負電荷區。按照常規擊穿機制，當云層電荷區之間的電壓達到或超過(guò)所在環(huán)境的空氣擊穿閾值，便會(huì )產(chǎn)生放電現象。自持放電發(fā)展就會(huì )形成閃電，產(chǎn)生的轟鳴聲就是雷聲，即人們常說(shuō)的“電閃雷鳴”。

       在我國，大部分地區都有雷電活動(dòng)。一般來(lái)講，低緯度地區的雷電活動(dòng)要比高緯度地區多，我國陸地區域閃電高發(fā)區主要分布在北回歸線(xiàn)附近及其以南地區，包括廣東和廣西南部、海南島中北部，最密集的地區每年每平方公里大約發(fā)生31.4次閃電。而在同緯度上，地形復雜的山區發(fā)生雷電活動(dòng)的頻次往往要比地形平緩的平原地區更高?！　?/span>

雷電“家族成員”　

       雷電可不是只有一種“模樣”，主要分為云閃、地閃兩種。云閃主要在云內或云間發(fā)生，所以對人類(lèi)的直接危害較小。地閃會(huì )對人和建筑造成直接危害。

       當云與地面物體感應起電時(shí)，會(huì )產(chǎn)生電光直閃的“落地雷”，因為云與地之間進(jìn)行放電，對地面物體危害極大。“落地雷”擊中地面物體，這就是人們所說(shuō)的“雷擊”?！?/span>

雷電季，如何避免“被雷到”　　

       進(jìn)入夏季，面對“暴脾氣”的雷雨天氣，如何避免“被雷到”？又該如何防御雷電帶來(lái)的災害？　

       最安全的辦法是雷電來(lái)臨時(shí)，躲在室內，因為建筑物通常有接地系統和安全電路。但需注意的是，要及時(shí)關(guān)好門(mén)窗，盡量關(guān)閉各類(lèi)家用電器，不接近室內裸露的金屬物，如水管、暖氣管、煤氣管等?！　?/span>

       在戶(hù)外遭遇雷雨天氣時(shí)，則不要在河流、湖泊等水域附近逗留，不要靠近高壓電線(xiàn)、路燈、廣告牌，不要在空曠地帶打傘等，應盡快尋找低洼地帶或堅固的建筑物躲避。此外，汽車(chē)也是避雷場(chǎng)所之一。由于車(chē)本身是金屬框架，被雷電擊中可以直接導電到地下。需要注意的是，此時(shí)要緊閉車(chē)窗，收起天線(xiàn)，避免使用車(chē)載電話(huà)和電子設備。

人工引雷——

揮出雷電解鎖的“金箍棒”　　

       想象一下，天空中烏云翻滾，突然一道“金箍棒”閃現，科學(xué)家變身魔法師，“指揮”雷電準確擊中預先選定的位置。

       這聽(tīng)起來(lái)像科幻電影中的情節，在現實(shí)世界其實(shí)就是人工引雷技術(shù)。人工引雷，是在雷暴環(huán)境下利用特定裝置和技術(shù)手段，在自然雷電發(fā)生之前，人為觸發(fā)雷電并引導雷電落在預定位置，從而進(jìn)行科學(xué)試驗。我國在1977年首次成功開(kāi)展人工引雷試驗，如今這一技術(shù)已經(jīng)相當成熟?！?/span>

       其具體操作和原理是，當雷電即將發(fā)生時(shí)，雷暴云層中的電場(chǎng)會(huì )影響地面的電場(chǎng)，科學(xué)家通過(guò)測量地面的電場(chǎng)強度，推斷出云層中放電環(huán)境的發(fā)展趨勢，從而確定引雷的最佳時(shí)機。隨后，他們會(huì )發(fā)射帶有金屬導線(xiàn)的小型火箭?；鸺仙龝r(shí)，導線(xiàn)會(huì )形成一個(gè)從地面到云層的放電過(guò)程，誘導形成雷電放電，并沿著(zhù)導線(xiàn)直達地面。

       要實(shí)現人工引雷，離不開(kāi)引雷火箭這個(gè)主角。引雷火箭的內部裝有發(fā)動(dòng)機和點(diǎn)火裝置，外部拖帶一根細長(cháng)堅固的金屬絲。千萬(wàn)別小看了這根金屬絲，它不僅需要足夠結實(shí)來(lái)承受上升過(guò)程中的拉力，還要盡量輕便以減輕火箭負荷?；鸺l(fā)射速度的控制也至關(guān)重要，太快會(huì )導致金屬絲斷裂，太慢則無(wú)法及時(shí)形成放電通道。

       人工引來(lái)的雷電與自然雷電有何異同呢？從本質(zhì)上說(shuō)，兩者都涉及大量電荷的快速移動(dòng)，放電過(guò)程也是基本相同的，人工觸發(fā)雷電和自然雷電非常接近。然而，自然雷電的路徑和時(shí)間是隨機的，而人工引雷可以預知雷電的落點(diǎn)并準確記錄時(shí)間?！　?/span>

       人工引雷為雷電研究提供了寶貴的試驗平臺，還在許多實(shí)際應用中發(fā)揮了重要作用。比如通過(guò)引導雷電至特定位置，科學(xué)家們可以更好地研究雷電的放電機制、雷電和地面目標物的相互作用等，由此改進(jìn)雷電預測和防護技術(shù)。又比如通過(guò)提供最接近真實(shí)雷電的模擬環(huán)境，科學(xué)家可以有效測試防雷裝置，確保這些裝置在實(shí)際使用中能夠保護建筑物和設備?！　?/span>

       從敬畏雷電這種天際狂暴力量，到將自然力量轉化為可控的研究對象，未來(lái)，人工引雷技術(shù)將為探索雷電奧秘和安全利用雷電提供更多可能。

美觀(guān)實(shí)用完美融合——

古今建筑的防雷智慧　　

       古往今來(lái)，建筑物一直面臨著(zhù)雷擊破壞的風(fēng)險。隨著(zhù)氣候變暖，城市建筑在雷雨季節遭受雷電襲擊的概率大幅增加，特別是建筑中的電子設備和網(wǎng)絡(luò )設施一旦遭受雷擊，損失更為嚴重。在“電子化時(shí)代”，雷擊已經(jīng)成為一大公害，建筑物的防雷措施顯得尤為重要?！　?/span>

       那么，古今建筑是如何應對雷電侵襲的？常用的防雷方法有哪些？　　

       李京校介紹，除了直接的雷擊災害外，近年來(lái)高精尖設備受雷擊的事件日益增多，因為其內部的電子設備耐壓很低，對雷暴云產(chǎn)生的雷電電磁脈沖及各類(lèi)金屬管、線(xiàn)上產(chǎn)生的雷電波入侵非常敏感，極易引起短路、火災、爆炸或造成觸電事故，這也成為了現代防雷的重點(diǎn)?！　?/span>

       國家體育場(chǎng)“鳥(niǎo)巢”的外表光滑，沒(méi)有凸起的避雷針，整個(gè)建筑的鋼結構本身就具備避雷的功能。防雷設計巧妙地利用鳥(niǎo)巢巨大的金屬屋面板充當接閃器，而它所有的“鋼筋鐵骨”則構成了一個(gè)籠式避雷網(wǎng)。這個(gè)巨大的籠子保護著(zhù)“鳥(niǎo)巢”，當雷電到來(lái)時(shí)，電流順著(zhù)一根根鋼筋和一塊塊鋼板連成的“高速公路”，分散并迅速導入地下，避免對建筑本身造成破壞。中間的露天部分安裝了架空金屬導線(xiàn)，從而起到了避雷帶的作用。

       懸掛在北京奧林匹克塔的奧運五環(huán)標識，宛如城市的地標。由于五環(huán)標識本身就是金屬材質(zhì)，又位于建筑物的最高處，本身就發(fā)揮了避雷針的作用。五環(huán)標識吸引雷電后，通過(guò)導電良好的金屬結構，將雷電引導至地面，從而保護建筑物免受直接雷擊的破壞?！　?/span>

       雄偉的萬(wàn)里長(cháng)城又是如何避雷的呢？據了解，除了在雷電易發(fā)區的長(cháng)城敵臺（烽火臺）上安裝避雷針外，近年來(lái)，文物保護部門(mén)還使用了與本體及兩側景觀(guān)一致的避雷仿真樹(shù)，這些仿真樹(shù)仿照松樹(shù)的外觀(guān)做成，既美觀(guān)又實(shí)用。“避雷仿真樹(shù)數量、間距、高度，都會(huì )經(jīng)過(guò)嚴格測算。樹(shù)的高度會(huì )比長(cháng)城要高，但不會(huì )太密。”李京校介紹。  　　

       在雷電災害頻繁發(fā)生的拉薩，布達拉宮遭受雷擊的記錄少之又少。這緣于其大殿頂部采用導電性能良好的金屬，金頂之下使用栓接和鉚接相互連接。另外，布達拉宮整體以石木結構為主，墻體由白瑪草混合當地泥土堆砌而成，干燥絕緣，既堅固又防火?！?/span>

       位于北京頤和園內的佛香閣則“自帶”避雷裝置，閣頂裝有銅制的橢圓形球狀體，實(shí)際起到了避雷針的作用，如今被改造成現代避雷裝置，其和防雷引下線(xiàn)、接地裝置良好連接，繼續保護著(zhù)這座古建筑?！　?/span>

       現代建筑在防雷技術(shù)上也不斷創(chuàng )新，我國臺灣的臺北101大樓的防雷系統復雜高效，整個(gè)大樓由鋼鐵結構支撐，頂部裝有避雷針，地基中的接地網(wǎng)進(jìn)一步確保了雷電的安全泄放。放眼全球，迪拜哈利法塔作為目前世界上最高的建筑，塔頂安裝的大量避雷針以及雷電監控設備形成了密集的防雷網(wǎng)絡(luò )，能夠實(shí)時(shí)監測雷電活動(dòng)。以獨特的船型設計和空中花園而聞名的新加坡濱海灣金沙酒店，在空中花園的每個(gè)角落安裝了避雷針，地基和地下結構中設有完備的接地系統，便于更好泄放雷電流?！　?/span>

       古今建筑防雷的巧妙之處不僅在于其技術(shù)手段的進(jìn)步，更在于對美觀(guān)與實(shí)用的完美融合。在電子化時(shí)代，建筑物防雷不僅是保護建筑本身，更是保障建筑內人員和設備安全的重要措施。如今可以看到，雷電防護已逐漸成為一門(mén)藝術(shù)，在這些建筑中展現其獨特的魅力。

中國氣象報社 出品

策劃：王婉 文科 苗艷麗

專(zhuān)家顧問(wèn)：

中國氣象科學(xué)研究院研究員、中國氣象局雷電野外科學(xué)試驗基地主任 呂偉濤

中國氣象科學(xué)研究院副研究員 劉恒毅

北京市氣象探測中心正研級高級工程師 李京校

作者：林禹彤 閆辰宇 王婉

編輯：楊奧清 文科 丁繼武

發(fā)布：姜虹

審核：段昊書(shū) 崔國輝