入夏以來(lái)，我國(guó)雷電暴雨天氣頻發(fā)。我們?cè)撊绾慰茖W(xué)認(rèn)識(shí)雷電?我國(guó)針對(duì)雷電監(jiān)測(cè)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(zāi)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(xiàn)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(yīng)如何防范雷擊災(zāi)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(zhǎng)距離、強(qiáng)電流、強(qiáng)電磁輻射自然現(xiàn)象。

　　雷電常常“出生”在對(duì)流發(fā)展旺盛的積雨云中，云層內(nèi)的各種微粒因?yàn)榕鲎材Σ恋纫蛩胤蛛x積累正、負(fù)電荷，形成較為集中的正、負(fù)電荷區(qū)。按照常規(guī)擊穿機(jī)制，當(dāng)云層電荷區(qū)之間的電壓達(dá)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(xiàn)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”。

　　圖片來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)

　　在我國(guó)，大部分地區(qū)都有雷電活動(dòng)。一般來(lái)講，低緯度地區(qū)的雷電活動(dòng)要比高緯度地區(qū)多，我國(guó)陸地區(qū)域閃電高發(fā)區(qū)主要分布在北回歸線附近及其以南地區(qū)，包括廣東和廣西南部、海南島中北部，最密集的地區(qū)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(fù)雜的山區(qū)發(fā)生雷電活動(dòng)的頻次往往要比地形平緩的平原地區(qū)更高。

　　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(nèi)或云間發(fā)生，所以對(duì)人類(lèi)的直接危害較小。地閃會(huì)對(duì)人和建筑造成直接危害。

　　當(dāng)云與地面物體感應(yīng)起電時(shí)，會(huì)產(chǎn)生電光直閃的“落地雷”，因?yàn)樵婆c地之間進(jìn)行放電，對(duì)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”。

　　雷電季，如何避免“被雷到”

　　進(jìn)入夏季，面對(duì)“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(zāi)害?

　　最安全的辦法是雷電來(lái)臨時(shí)，躲在室內(nèi)，因?yàn)榻ㄖ锿ǔＳ薪拥叵到y(tǒng)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(nèi)裸露的金屬物，如水管、暖氣管、煤氣管等。

　　在戶外遭遇雷雨天氣時(shí)，則不要在河流、湖泊等水域附近逗留，不要靠近高壓電線、路燈、廣告牌，不要在空曠地帶打傘等，應(yīng)盡快尋找低洼地帶或堅(jiān)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(dǎo)電到地下。需要注意的是，此時(shí)要緊閉車(chē)窗，收起天線，避免使用車(chē)載電話和電子設(shè)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(xiàn)，科學(xué)家變身魔法師，“指揮”雷電準(zhǔn)確擊中預(yù)先選定的位置。

　　這聽(tīng)起來(lái)像科幻電影中的情節(jié)，在現(xiàn)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(dǎo)雷電落在預(yù)定位置，從而進(jìn)行科學(xué)試驗(yàn)。我國(guó)在1977年首次成功開(kāi)展人工引雷試驗(yàn)，如今這一技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟。

　　其具體操作和原理是，當(dāng)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(cè)量地面的電場(chǎng)強(qiáng)度，推斷出云層中放電環(huán)境的發(fā)展趨勢(shì)，從而確定引雷的最佳時(shí)機(jī)。隨后，他們會(huì)發(fā)射帶有金屬導(dǎo)線的小型火箭?；鸺仙龝r(shí)，導(dǎo)線會(huì)形成一個(gè)從地面到云層的放電過(guò)程，誘導(dǎo)形成雷電放電，并沿著導(dǎo)線直達(dá)地面。

　　圖片來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)

　　要實(shí)現(xiàn)人工引雷，離不開(kāi)引雷火箭這個(gè)主角。引雷火箭的內(nèi)部裝有發(fā)動(dòng)機(jī)和點(diǎn)火裝置，外部拖帶一根細(xì)長(zhǎng)堅(jiān)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(jié)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(fù)荷?；鸺l(fā)射速度的控制也至關(guān)重要，太快會(huì)導(dǎo)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(jī)的，而人工引雷可以預(yù)知雷電的落點(diǎn)并準(zhǔn)確記錄時(shí)間。

　　人工引雷為雷電研究提供了寶貴的試驗(yàn)平臺(tái)，還在許多實(shí)際應(yīng)用中發(fā)揮了重要作用。比如通過(guò)引導(dǎo)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(jī)制、雷電和地面目標(biāo)物的相互作用等，由此改進(jìn)雷電預(yù)測(cè)和防護(hù)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(cè)試防雷裝置，確保這些裝置在實(shí)際使用中能夠保護(hù)建筑物和設(shè)備。

　　從敬畏雷電這種天際狂暴力量，到將自然力量轉(zhuǎn)化為可控的研究對(duì)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)，建筑物一直面臨著雷擊破壞的風(fēng)險(xiǎn)。隨著氣候變暖，城市建筑在雷雨季節(jié)遭受雷電襲擊的概率大幅增加，特別是建筑中的電子設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)施一旦遭受雷擊，損失更為嚴(yán)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。

　　那么，古今建筑是如何應(yīng)對(duì)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(zāi)害外，近年來(lái)高精尖設(shè)備受雷擊的事件日益增多，因?yàn)槠鋬?nèi)部的電子設(shè)備耐壓很低，對(duì)雷暴云產(chǎn)生的雷電電磁脈沖及各類(lèi)金屬管、線上產(chǎn)生的雷電波入侵非常敏感，極易引起短路、火災(zāi)、爆炸或造成觸電事故，這也成為了現(xiàn)代防雷的重點(diǎn)。

　　國(guó)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(jié)構(gòu)本身就具備避雷的功能。防雷設(shè)計(jì)巧妙地利用鳥(niǎo)巢巨大的金屬屋面板充當(dāng)接閃器，而它所有的“鋼筋鐵骨”則構(gòu)成了一個(gè)籠式避雷網(wǎng)。這個(gè)巨大的籠子保護(hù)著“鳥(niǎo)巢”，當(dāng)雷電到來(lái)時(shí)，電流順著一根根鋼筋和一塊塊鋼板連成的“高速公路”，分散并迅速導(dǎo)入地下，避免對(duì)建筑本身造成破壞。中間的露天部分安裝了架空金屬導(dǎo)線，從而起到了避雷帶的作用。

　　國(guó)家體育場(chǎng)“鳥(niǎo)巢” 來(lái)源：千庫(kù)網(wǎng)

　　懸掛在北京奧林匹克塔的奧運(yùn)五環(huán)標(biāo)識(shí)，宛如城市的地標(biāo)。由于五環(huán)標(biāo)識(shí)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(biāo)識(shí)吸引雷電后，通過(guò)導(dǎo)電良好的金屬結(jié)構(gòu)，將雷電引導(dǎo)至地面，從而保護(hù)建筑物免受直接雷擊的破壞。

　　雄偉的萬(wàn)里長(zhǎng)城又是如何避雷的呢?據(jù)了解，除了在雷電易發(fā)區(qū)的長(zhǎng)城敵臺(tái)(烽火臺(tái))上安裝避雷針外，近年來(lái)，文物保護(hù)部門(mén)還使用了與本體及兩側(cè)景觀一致的避雷仿真樹(shù)，這些仿真樹(shù)仿照松樹(shù)的外觀做成，既美觀又實(shí)用。“避雷仿真樹(shù)數(shù)量、間距、高度，都會(huì)經(jīng)過(guò)嚴(yán)格測(cè)算。樹(shù)的高度會(huì)比長(zhǎng)城要高，但不會(huì)太密。”李京校介紹。

　　在雷電災(zāi)害頻繁發(fā)生的拉薩，布達(dá)拉宮遭受雷擊的記錄少之又少。這緣于其大殿頂部采用導(dǎo)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(dá)拉宮整體以石木結(jié)構(gòu)為主，墻體由白瑪草混合當(dāng)?shù)啬嗤炼哑龆?，干燥絕緣，既堅(jiān)固又防火。

　　位于北京頤和園內(nèi)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(xiàn)代避雷裝置，其和防雷引下線、接地裝置良好連接，繼續(xù)保護(hù)著這座古建筑。

　　現(xiàn)代建筑在防雷技術(shù)上也不斷創(chuàng)新，我國(guó)臺(tái)灣的臺(tái)北101大樓的防雷系統(tǒng)復(fù)雜高效，整個(gè)大樓由鋼鐵結(jié)構(gòu)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(jiān)控設(shè)備形成了密集的防雷網(wǎng)絡(luò)，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)雷電活動(dòng)。以獨(dú)特的船型設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)中設(shè)有完備的接地系統(tǒng)，便于更好泄放雷電流。

　　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(duì)美觀與實(shí)用的完美融合。在電子化時(shí)代，建筑物防雷不僅是保護(hù)建筑本身，更是保障建筑內(nèi)人員和設(shè)備安全的重要措施。如今可以看到，雷電防護(hù)已逐漸成為一門(mén)藝術(shù)，在這些建筑中展現(xiàn)其獨(dú)特的魅力。

　　中國(guó)氣象報(bào)社 出品

　　策劃：王婉 文科 苗艷麗

　　專(zhuān)家顧問(wèn)：

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

　　中國(guó)氣象科學(xué)研究院副研究員 劉恒毅

　　北京市氣象探測(cè)中心正研級(jí)高級(jí)工程師 李京校

　　作者：林禹彤 閆辰宇 王婉

　　編輯：楊?yuàn)W清 文科 丁繼武

　　發(fā)布：姜虹

　　審核：段昊書(shū) 崔國(guó)輝

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