入夏以來，我國雷電暴雨天氣頻發(fā)。我們該如何科學認識雷電？我國針對雷電監(jiān)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“雷電季”？

       作為最常見的天氣現(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？公眾又應如何防范雷擊災害？

雷電“誕生地”

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

       雷電常常“出生”在對流發(fā)展旺盛的積雨云中，云層內(nèi)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(qū)。按照常規(guī)擊穿機制，當云層電荷區(qū)之間的電壓達到或超過所在環(huán)境的空氣擊穿閾值，便會產(chǎn)生放電現(xiàn)象。自持放電發(fā)展就會形成閃電，產(chǎn)生的轟鳴聲就是雷聲，即人們常說的“電閃雷鳴”。

       在我國，大部分地區(qū)都有雷電活動。一般來講，低緯度地區(qū)的雷電活動要比高緯度地區(qū)多，我國陸地區(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，地形復雜的山區(qū)發(fā)生雷電活動的頻次往往要比地形平緩的平原地區(qū)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(nèi)或云間發(fā)生，所以對人類的直接危害較小。地閃會對人和建筑造成直接危害。

       當云與地面物體感應起電時，會產(chǎn)生電光直閃的“落地雷”，因為云與地之間進行放電，對地面物體危害極大。“落地雷”擊中地面物體，這就是人們所說的“雷擊”。　

雷電季，如何避免“被雷到”　　

       進入夏季，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的災害？　

       最安全的辦法是雷電來臨時，躲在室內(nèi)，因為建筑物通常有接地系統(tǒng)和安全電路。但需注意的是，要及時關好門窗，盡量關閉各類家用電器，不接近室內(nèi)裸露的金屬物，如水管、暖氣管、煤氣管等?！　?/span>

       在戶外遭遇雷雨天氣時，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，應盡快尋找低洼地帶或堅固的建筑物躲避。此外，汽車也是避雷場所之一。由于車本身是金屬框架，被雷電擊中可以直接導電到地下。需要注意的是，此時要緊閉車窗，收起天線，避免使用車載電話和電子設備。

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(xiàn)，科學家變身魔法師，“指揮”雷電準確擊中預先選定的位置。

       這聽起來像科幻電影中的情節(jié)，在現(xiàn)實世界其實就是人工引雷技術。人工引雷，是在雷暴環(huán)境下利用特定裝置和技術手段，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，從而進行科學試驗。我國在1977年首次成功開展人工引雷試驗，如今這一技術已經(jīng)相當成熟?！?/span>

       其具體操作和原理是，當雷電即將發(fā)生時，雷暴云層中的電場會影響地面的電場，科學家通過測量地面的電場強度，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機。隨后，他們會發(fā)射帶有金屬導線的小型火箭?；鸺仙龝r，導線會形成一個從地面到云層的放電過程，誘導形成雷電放電，并沿著導線直達地面。

       要實現(xiàn)人工引雷，離不開引雷火箭這個主角。引雷火箭的內(nèi)部裝有發(fā)動機和點火裝置，外部拖帶一根細長堅固的金屬絲。千萬別小看了這根金屬絲，它不僅需要足夠結實來承受上升過程中的拉力，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重要，太快會導致金屬絲斷裂，太慢則無法及時形成放電通道。

       人工引來的雷電與自然雷電有何異同呢？從本質上說，兩者都涉及大量電荷的快速移動，放電過程也是基本相同的，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間是隨機的，而人工引雷可以預知雷電的落點并準確記錄時間?！　?/span>

       人工引雷為雷電研究提供了寶貴的試驗平臺，還在許多實際應用中發(fā)揮了重要作用。比如通過引導雷電至特定位置，科學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，由此改進雷電預測和防護技術。又比如通過提供最接近真實雷電的模擬環(huán)境，科學家可以有效測試防雷裝置，確保這些裝置在實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，人工引雷技術將為探索雷電奧秘和安全利用雷電提供更多可能。

美觀實用完美融合——

古今建筑的防雷智慧　　

       古往今來，建筑物一直面臨著雷擊破壞的風險。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備和網(wǎng)絡設施一旦遭受雷擊，損失更為嚴重。在“電子化時代”，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，近年來高精尖設備受雷擊的事件日益增多，因為其內(nèi)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、爆炸或造成觸電事故，這也成為了現(xiàn)代防雷的重點?！　?/span>

       國家體育場“鳥巢”的外表光滑，沒有凸起的避雷針，整個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”則構成了一個籠式避雷網(wǎng)。這個巨大的籠子保護著“鳥巢”，當雷電到來時，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，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，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>

       雄偉的萬里長城又是如何避雷的呢？據(jù)了解，除了在雷電易發(fā)區(qū)的長城敵臺（烽火臺）上安裝避雷針外，近年來，文物保護部門還使用了與本體及兩側景觀一致的避雷仿真樹，這些仿真樹仿照松樹的外觀做成，既美觀又實用。“避雷仿真樹數(shù)量、間距、高度，都會經(jīng)過嚴格測算。樹的高度會比長城要高，但不會太密。”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?shù)啬嗤炼哑龆?，干燥絕緣，既堅固又防火。　

       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)保護著這座古建筑?！　?/span>

       現(xiàn)代建筑在防雷技術上也不斷創(chuàng)新，我國臺灣的臺北101大樓的防雷系統(tǒng)復雜高效，整個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)控設備形成了密集的防雷網(wǎng)絡，能夠實時監(jiān)測雷電活動。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(tǒng)，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手段的進步，更在于對美觀與實用的完美融合。在電子化時代，建筑物防雷不僅是保護建筑本身，更是保障建筑內(nèi)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藝術，在這些建筑中展現(xiàn)其獨特的魅力。

中國氣象報社 出品

策劃：王婉 文科 苗艷麗

專家顧問：

中國氣象科學研究院研究員、中國氣象局雷電野外科學試驗基地主任 呂偉濤

中國氣象科學研究院副研究員 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 崔國輝