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中科院雷电专家郄秀书谈科学认识雷电

发布时间: 2016-06-23 15:08:41   作者:本站编辑   来源: 本站原创   浏览次数:

雷电灾害,作为联合国“国际减灾十年”公布的最严重的十种自然灾害之一,近年来频繁发生在人们的生产生活中。它不仅威胁人身安全,从卫星、通信、导航、计算机网络系统乃至每个家庭的家用电器,都有可能在一道闪电中,毁于一旦。今天我们邀请到中科院大气物理研究所研究员、国际大气电学委员会委员郄秀书,为大家解释雷电产生的原理和防御措施,以及雷电研究的最新进展。

   

  雷电已经成为第三大气象灾害  感应雷是经济发达地区主要雷电灾害形式

  

  主持人:郄老师您好,请您首先介绍一下我国雷电灾害的现状。

  郄秀书:据气象部门的统计资料,雷电灾害已成为我国危害程度仅次于暴雨洪涝、气象地质灾害的第三大气象灾害。从每年中国气象局给出的雷电灾害调查来看,这几年雷电灾害总体呈增多趋势。我国雷电灾害主要集中在6至8月份,东南沿海地区是雷灾的高发区,另外中西部一些山区雷电灾害也较多,包括贵州、四川、重庆,甚至陕西、甘肃、青海等易发生局地强对流天气的山区。

  从造成的损失来讲,人员伤亡可能在农村比较多一些,一方面因为农田比较开阔,没有什么躲避的地方,另一方面,农民朋友的防护意识可能淡薄一点。但是在城市里面,尤其是在经济发达地区,雷电造成的财产损失更多一些。总的来说,我国还是雷电灾害比较严重的国家,尤其是人员伤亡较多。

  

  主持人:那么雷电产生原理是怎样的?雷电分为哪几种形式?

  郄秀书:雷电一般产生于对流发展旺盛的积雨云中,因此常伴有强烈的阵风和暴雨,有时还伴有冰雹和龙卷风。积雨云中电荷的分布较复杂,但总体而言,云的上部一般以正电荷为主,中部以负电荷为主,云内正、负电荷区之间或者云电荷区与大地之间电场达到一定强度后,就会产生放电,这就是我们常见的闪电现象。放电过程中,闪电通道内的高温可使周围空气极速膨胀后又冷却,使空气极速收缩,引起剧烈的有声振动,于是就有了我们听到的雷声。

  我们把云里面或者是两块云之间不同电荷区之间的放电称为云闪,云跟地面之间放电称为地闪。地闪是造成我们人身财产损失的主要根源,而云闪则主要对飞行器的安全或地面一些敏感的电子设备和通讯设备造成威胁。另外还有一种比较罕见的球形雷,因为观测资料很少,所以对其形式和破坏作用还了解不深入。

  从雷击的角度讲,可以把雷电造成的灾害分为直击雷害和感应雷害。直击雷害是指由于闪电直接击中目标物而造成的破坏,如建筑物损坏、森林火灾、油库爆炸、人员伤亡等,而感应雷害是指在雷电放电过程中,由于强大的脉冲电流产生的电磁辐射对附近的电子设备、通讯设备等产生的破坏,这种灾害往往造成严重的经济损失,也是经济发达地区雷电灾害的主要形式。

  

  雷击伤亡绝大部分在农村  在周围环境中相对较高的建筑容易成为雷击目标

  

  主持人:能不能给我们介绍一下我国现在城乡防雷现状?

  郄秀书:我们国家近几年对防雷是越来越重视了。不管是从宣传防雷的意识,还是从采取的防雷措施来讲,这几年的进步都是非常大的。特别是在城市里,不管是建筑物还是高压输电线,还有一些通讯设备等,都安装了相应的雷电防护设施,应该说大家都意识到了防雷的重要性。但是城乡的差距还是存在的,雷电灾害造成的人员伤亡绝大部分还是发生在农村。比如说农村的建筑物,尤其是农民自己建的房子怎么样防雷,在开阔的野外应该怎样避雷,大家的意识相对比较淡漠。另外一些在山上或坡地上比较突出的,孤零零的房子,这种防雷措施还相对差一些。

 

  主持人:农村的房子普遍比城市矮,有人觉得既然房子不高,就没有防雷的必要了。

  郄秀书:这个说法不够科学,高是一个相对的概念,不是绝对的。比如说在一个大家居住比较集中的村子,那会好一些,相当于大家的房子差不多,平均了被雷击的概率。但如果是一个周围比较平坦的地形,就一个房子突出出来,即使房子本身不高,但是相对于周围环境来讲还是很高的,那么这时候自然就有较高的概率变成雷击的目标。我们在城市里面,虽然有一些高楼,但是大家的楼都很高,我的楼相对于你的楼来讲并没有高出太多,大家一样也平分了这个概率。单就一个楼本身的高低而言,虽然有一定的关系,但是更要看它与周围的环境和地形相比,是不是有显著的差别。

  

  避雷针不可能百分之百保护建筑物

 

  主持人:建筑物一般都会安装避雷针。它的防雷原理是怎样的,您能给我们大概解释一下吗?

  郄秀书:避雷针大家现在基本也都比较熟悉了,实际上避雷针本身就是一个引雷针,它是由接闪器、引下线和接地体组成的。把避雷针装到建筑物上,由于它比建筑物本身高一些,所以雷电会首先打到避雷针上,这时避雷针本身就提供了一个闪电的通道,通过引下线跟地相连的导体,把雷电的大电流引到大地中去,或者说它通过牺牲自己,保护了周围的环境。避雷针的高度要根据被保护的建筑物的高度和范围来决定。

  另外,因为引下线本身就是一个雷电的通道,所以强大的电流经过引下线,还会产生强烈的电磁辐射,这种电磁辐射,对建筑物内的电子设备还是会产生影响的,不是说装了避雷针,这个建筑物内就安全了,对于一些电子设备还要安装浪涌保护器,以防感应雷害的发生。另外,避雷针也不可能百分之百保护建筑物本身,雷电绕过避雷针而打到建筑物上的绕击现象还是会发生的,只是说打到避雷针的概率大一些,击中建筑的概率减少一点。

  

  雷雨天气时要尽量避免使用手机

 

  主持人:遭遇雷电天气的时候,我们使用移动通讯设备会不会有危险呢?

  郄秀书:从科学角度来讲,对于以手机为代表的移动通讯设备是否会引雷,目前还没有太多的证据支持这个说法,起码没有太直接的证据证实这一点。不过因为它本身是一种电子设备,在打雷的时候,很有可能会遭到损坏,所以雷雨天气时还是要尽量避免使用手机。

 

  主持人:当我们在野外很空旷的地方遭遇雷电时,汽车是不是一个最好的避雷场所?

  郄秀书:对,如果没有其他地方可躲避的时候,汽车确实是一个比较好的场所,因为汽车本身就是一个金属壳体,相当于一个屏蔽室,即便雷打到汽车上,电流也会沿着汽车壳体表面流动并将电流释放到地面,汽车里面是相对安全的。

 

 

 

中国科学院大气物理研究所研究员、国际大气电学委员会委员郄秀书在与记者交流

  

  我国雷电预报与国际基本同步发展  对雷电较好的预报可以预期

 

  主持人:现在以我们目前的水平,雷电可以预报吗?

  郄秀书:我觉得这是雷电研究者的一个共同目标,现在这个目标也正在逐步地实现。雷电灾害的预报,从国际上来讲都是刚刚开始,法国、美国和以色列等国都有雷电的预报,但是实际上要做好雷电的预报,其中要做的工作还非常多。比如说要想做雷电的预报首先要搞清楚雷电的发生到底跟什么因素有关系。常规的天气预报也是随着观测技术和数值模式的不断发展,以及资料和经验的慢慢积累,逐步提高预报准确率的,所以雷电灾害的预报也要有一个过程。随着雷电资料的积累,大家对雷电发生发展规律的科学认识不断提高,我觉得对雷电灾害较好的预报是可以预期的。

 

  主持人:那么现在我国雷电预报是怎么样一个水平呢?

  郄秀书:雷电灾害预报我们跟国际基本是同步发展的。目前基本上这种预报还是跟强对流天气的预报相结合,通过强对流天气的预报来预报雷电。对于是否能够定时定点来预报雷电,困难还是比较大的。零到两小时雷电的预警,应该说在短期之内可以有比较好的预期。

  

  人工引雷一方面可以研究雷电 一方面可以测试防雷设备

  

  主持人:您目前也从事人工引雷方面的研究,请您介绍一下人工引雷的发展状况。

  郄秀书:人工引雷应该说是从上个世纪六十年代开始发展的一种专门技术。主要是通过在雷雨天气的时候,向雷暴云体发射专用的引雷火箭,使雷电在预定的时间和预定的地点发生。

  国际上,美国1967年在海上首次引雷成功,陆地上首次成功的人工引发雷电于1973年在法国实现。我们国家上世纪八十年代在老一代科学家的领导下,开始进行人工引雷实验,从1989年中国科学院兰州高原大气物理研究所首次人工引雷成功到现在整整二十年,应该说期间取得了很大的进步。现在我国一共成功引雷六十多次,在一些重点雷灾区域都有过成功的人工引雷实验。

  最开始做人工引发雷电实验,主要还是为了研究雷电。因为雷电发生的时间和地点具有随机性,不知道什么时候发生,所以要想研究它的话,直接的观测资料是不太容易取得的。人工引发雷电使雷电在一定时间、一定地点发生,所以我们可以在雷电放电通道下部对雷电流进行测量,然后在距放电通道比较近的地方,布设不同的电磁观测设备,对闪电产生的电流、电磁光效应进行同步观测,这样有助于我们对雷电机理本身的研究,这是最初的目的。

  随着人工引发雷电技术的发展,人们也自然会想到这种技术除了研究之外还有什么用处?实际上它的用处还是比较大的,比如说对雷电防护设备的检验。为了测试避雷针或者是一些防护设备是不是能够有效地防雷,我们可以利用人为引发雷电来做一个测试,进行评估。中国科学院兰州高原大气物理研究所曾经和国家电力总公司进行过这方面的合作,之后这种工作也一直在进行,包括中国科学院和中国气象局都在做,这是其中的一个用途。

  

  储存利用雷电能量是否值得

  

  主持人:提到人工引雷的时候,我们还有个大胆的设想,能不能控制雷电后再利用雷电的能量或者进行人工消雷?

  郄秀书:人工引发雷电技术的发展的确使得我们人类控制雷电、利用雷电的设想部分变成了现实。但是真正要想利用雷电能量或者通过人工引雷来影响雷暴发展的话,还是会有一些问题的,雷暴是一个能量巨大又不断发展的天气过程,不会因为一个人工雷电就改变了整个雷暴的发展,事实上一个雷电也减少不了多少能量。所以从理论角度来看,在一定程度上影响雷电的发生是可以的,改变闪电的属性也是有可能的,但是要想通过人工引雷来影响雷暴的能量还难有实质性的突破。

  另外,也常有人设想,利用人工引雷把雷电的能量储存起来被人类利用,我觉得这种想法是好的。但是事实上雷电的能量并不像人们预期得那样大,雷电的瞬时能量,也就是峰值功率是很大的,但因为雷电持续的时间很短,所以时间积分的效果也就是能量并不是很强。如果想利用这些能量,首先要解决的问题就是,你用什么不怕雷击的“容器”来储存这么大功率的能量,这是首先需要解决的一个问题。另外一个问题就是,这样一个并不是很大的能量,有没有必要花如此大的代价把它存起来,就是说考虑其投入产出比,是否值得,起码在现阶段,我觉得它的意义还不是很大。

  

  主持人:4月12日中央气象台首次发布了暴雨预报,在我国南方出现大范围的大雨或暴雨,并且局部伴随着雷暴天气,这是不是说今年我国的雷暴来得更早一些呢?

  郄秀书:从历史资料来看,4月份在南方出现雷暴天气是很正常的。北京当晚也发生了第一次雷雨天气,总体上来说我觉得全国还是比较正常的,但是随着天气转暖,雷雨季节会很快来到,雷电防护还是需要特别重视的。

 

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