還記得中科院“人工引雷”的高能視頻嗎？

一道閃電從天而降，宛若孫大圣的“金箍棒”一般筆直入地。這高能爆燃的一幕其實(shí)只是常見(jiàn)的雷電現象，但不同的是，這一次它是被中科院大氣物理研究所（以下簡(jiǎn)稱(chēng)大氣物理所）的科研人員人工引發(fā)而產(chǎn)生的。

工作人員遠程發(fā)射專(zhuān)用引雷火箭 大氣物理所供圖

　　人工引雷危險嗎？成功率有多高？人工引雷的目的是什么？對于我們應對雷暴災害有哪些幫助？帶著(zhù)這些問(wèn)題，《中國科學(xué)報》近日專(zhuān)訪(fǎng)了視頻中開(kāi)展人工引雷的團隊成員——中科院大氣物理所中層大氣和全球環(huán)境探測重點(diǎn)實(shí)驗室副主任、副研究員蔣如斌及研究員郄秀書(shū)。

　　初識人工引雷：人類(lèi)控制利用雷電夢(mèng)想成真

　　《中國科學(xué)報》：請簡(jiǎn)要介紹一下人工引雷這項技術(shù)。

　　蔣如斌：人工引雷是指向起電的雷暴云體發(fā)射拖帶金屬導線(xiàn)的專(zhuān)用引雷火箭以引發(fā)雷電的專(zhuān)門(mén)技術(shù)，被稱(chēng)為“火箭—拖線(xiàn)人工引雷技術(shù)”。通常在合適的雷暴電場(chǎng)條件下，當引雷火箭上升達到200米左右的高度時(shí)即可引雷成功。

　　《中國科學(xué)報》：人工引雷是近年來(lái)興起的嗎？中間經(jīng)歷了怎樣的發(fā)展？

　　郄秀書(shū)：其實(shí)，人工引雷實(shí)驗已不是新鮮事物了。從20世紀60年代開(kāi)始，美、法、中、日等都先后成功開(kāi)展了人工引發(fā)雷電實(shí)驗。中國科學(xué)院原蘭州高原大氣物理研究所（中科院原寒區旱區環(huán)境與工程研究所的前身）曾于1977年利用土火箭首次人工引雷成功，1989年利用專(zhuān)用引雷火箭引雷成功。

　　我們在山東濱州的人工引雷實(shí)驗開(kāi)始于2005年，并首次在國內測量到了峰值達數萬(wàn)安培的回擊電流波形。2006年開(kāi)始，中國氣象局也在廣東從化持續開(kāi)展人工引雷實(shí)驗。

　　為進(jìn)一步改進(jìn)火箭的性能，大氣物理所與中國航天總公司陜西中天火箭技術(shù)有限責任公司合作，2008年聯(lián)合研發(fā)了新型人工引雷專(zhuān)用火箭，并在2009年的人工引雷實(shí)驗中首次使用并取得成功。目前國內的人工引雷實(shí)驗都使用了我們研制的引雷火箭，成本比進(jìn)口的引雷火箭低很多。

　　截至目前為止，國內成功引發(fā)雷電總和估計超過(guò)300次，不僅在雷電科學(xué)研究方面取得了很多重要的發(fā)現，在國際學(xué)術(shù)界占有重要地位，也在防雷技術(shù)測試方面發(fā)揮了重要作用。

　　可以說(shuō)，人工引雷使得人類(lèi)控制雷電、利用雷電的夢(mèng)想成為了現實(shí)。我國的人工引雷科學(xué)實(shí)驗發(fā)展到今天，背后凝聚著(zhù)三四代人的不斷努力和探索，成果來(lái)之不易。

　　《中國科學(xué)報》：人工引雷的操作危險嗎？現場(chǎng)需要做哪些防護措施？

　　蔣如斌：雷電具有高電壓、大電流、強電磁輻射的特征，與之打交道在客觀(guān)上確實(shí)存在很大的危險性。不過(guò)，開(kāi)展科學(xué)研究，安全始終是第一位的，我們的人工引雷實(shí)驗對人員和儀器設備的安全都做了比較周全的考慮，采取了科學(xué)的防護措施，因此總體上是安全的。

　　《中國科學(xué)報》：都采取了哪些科學(xué)的防護措施？

　　蔣如斌：比如，通過(guò)一定的技術(shù)設計，使得所引發(fā)的雷電直接擊到一個(gè)接閃引流桿，最終看似“高能”的雷電電流通過(guò)這個(gè)引流桿泄放到了大地，雷擊被限定在固定的火箭發(fā)射架區域。

　　另外，在距離火箭發(fā)射架幾十米左右的地方，建有一個(gè)具有很好接地、屏蔽功能的控制室，實(shí)驗人員在控制室內進(jìn)行操作，通過(guò)光纖下達發(fā)控指令，所有電流、電磁輻射等測量信號也傳輸到這個(gè)控制室進(jìn)行記錄，確保引發(fā)雷擊區域之間的“電隔離”。室內還配備有獨立的發(fā)電機進(jìn)行供電，也保證了室內觀(guān)測實(shí)驗的安全。

　　《中國科學(xué)報》：什么天氣條件下適宜開(kāi)展人工引雷作業(yè)？如何把握引雷的最好時(shí)機？

　　蔣如斌：自然界中，絕大部分雷電發(fā)生于對流旺盛的雷暴云中，即具有一定起電和雷電活動(dòng)的強對流云中，這也是開(kāi)展人工引雷作業(yè)的必要條件。通俗地講，人工引雷就是把即將發(fā)生的自然雷電，提前幾十到幾百毫秒人為誘發(fā)到指定位置，使其在指定的時(shí)間和指定的地點(diǎn)發(fā)生。

　　引雷的最好時(shí)機是自然雷電即將發(fā)生但尚未發(fā)生之時(shí)，引雷作業(yè)需要根據強對流天氣實(shí)況、地面大氣電場(chǎng)、自然雷電發(fā)生頻率等信息，判斷頭頂雷暴云的起電狀況，確定發(fā)射引雷火箭的時(shí)機，一般要求雷暴云的對流比較旺盛、起電相對劇烈。

　　再看人工引雷：科學(xué)認識雷電用途多多

　　《中國科學(xué)報》：人工引雷的主要用途是什么？

　　郄秀書(shū)：目前為止，人工引雷的最主要的目的還是為了更科學(xué)地認識雷電。人工引雷可以在一定的時(shí)間和空間可控狀態(tài)下進(jìn)行，為集中多種觀(guān)測設備對雷電進(jìn)行直接和近距離測量提供了條件，比如：雷電的放電電流直接測量和近距離電磁場(chǎng)的測量，從而有助于解雷電的物理過(guò)程和電荷傳輸特征、放電強度、電磁輻射特征，以及雷電與地面目標物的相互作用等。隨著(zhù)人工引雷技術(shù)趨于成熟，人工引雷實(shí)驗不僅在科學(xué)研究發(fā)揮著(zhù)重要作用，也在通訊、石化、電力等行業(yè)的雷電防護技術(shù)測試，以及雷電定位系統的效果評估等方面得到了應用。當然，我們雷電研究的目的，也希望有朝一日能更好的干預和影響雷電、控制雷電，甚至安全利用雷電，但這都要建立在對雷電的科學(xué)認識之上。

　　《中國科學(xué)報》：如何做“真實(shí)條件下的雷擊防護測試”？

　　郄秀書(shū)：以往，雷擊防護設備的有效性測試主要基于高壓實(shí)驗室模擬的長(cháng)間隙放電開(kāi)展，但實(shí)驗室的模擬雷擊很難同時(shí)構建自然雷電“高電壓”“大電流”等特征，與實(shí)際雷擊環(huán)境是有差別的。人工引雷除了不能再現自然雷電擊中地面時(shí)的首次回擊及其之前的過(guò)程以外，其他放電過(guò)程與自然雷電是幾乎相同的，屬于自然雷暴天氣條件下的真實(shí)雷擊。由于位置確定，便于對雷擊致災的關(guān)鍵參量進(jìn)行測量、并對雷擊防護設備的性能進(jìn)行測試評估，獲取重要的測試數據從而支撐相應雷電防護技術(shù)的提升與完善。已開(kāi)展的測試對象包括通訊、電力、石油化工等行業(yè)當中雷擊敏感設施（如通訊基站鐵塔、輸電線(xiàn)路、儲油罐等）的防護系統等。

　　《中國科學(xué)報》：“雷電定位系統”是什么，它主要發(fā)揮哪些作用？

　　郄秀書(shū)：雷電定位系統主要是用于確定雷電發(fā)生的時(shí)間、位置、強度和類(lèi)型等特征的一種雷電測量裝置。通常是利用相距一定距離的多個(gè)測量站來(lái)同步測量雷電放電過(guò)程產(chǎn)生的不同頻段的電磁波，再通過(guò)一定的定位原理和算法設計，來(lái)反演確定放電事件的發(fā)生時(shí)間、位置等信息，它是觀(guān)測和定量研究雷電的重要基礎，也是進(jìn)行雷電監測預警的重要手段。

　　根據目的不同，可以建立不同類(lèi)型的閃電定位系統。比如，對于科學(xué)研究來(lái)說(shuō)，關(guān)心的是閃電發(fā)展傳輸的全過(guò)程，需要對一次閃電放電的全過(guò)程進(jìn)行高精度高時(shí)間分辨率的三維成像定位，近10年來(lái)，類(lèi)似的定位系統在國內外研究機構中發(fā)展非常迅速。而對于業(yè)務(wù)化的閃電監測而言，可能更關(guān)心地閃打到地上的時(shí)間、擊地位置、峰值電流強度等，這些信息可幫助進(jìn)行森林雷擊火災的判別，雷擊輸電線(xiàn)路故障點(diǎn)查找等。業(yè)務(wù)化的閃電定位系統在氣象、電力、林業(yè)、航空等部門(mén)都有廣泛的應用，甚至在航天發(fā)射中也都配備有雷電定位系統。

　　展望人工引雷：仍有待解之謎

　　《中國科學(xué)報》：人工引雷的雷電能量可以存儲嗎？

　　郄秀書(shū)：目前還沒(méi)有存儲雷電能量的設想，這主要是因為一次雷電的能量并不大。

　　雷電是一種瞬時(shí)放電過(guò)程，其瞬時(shí)功率非常強，峰值功率可以達到10億千瓦，峰值電流可以達到幾十萬(wàn)安培，但這種高功率的持續時(shí)間僅在微秒量級，一次閃電能量約為109焦耳，差不多可供30個(gè)100瓦的燈泡照明100 小時(shí)。因此閃電雖然有強大的瞬時(shí)功率，可以造成巨大的破壞力，但能量很小，存儲下來(lái)的利用價(jià)值微不足道，或者說(shuō)性?xún)r(jià)比不高。

　　《中國科學(xué)報》：人工引雷能夠引起雨量增加或者減少冰雹災害嗎？

　　郄秀書(shū)：有研究認為人工引雷發(fā)生后，通道附近會(huì )出現降水傾瀉的現象，成功進(jìn)行人工引雷實(shí)驗的雷暴也有冰雹減少的現象，但是目前觀(guān)察的這種現象的資料太少，不具有統計意義。

　　人工引雷和人工降雨增加降水、減少冰雹的原理不同。人工降雨和人工消雹技術(shù)是通過(guò)飛機、火箭、大炮等向云中播撒碘化銀等催化劑，改變云微物理過(guò)程，實(shí)現提前或延緩降水、增加或減少降水及消減冰雹的目的。人工引雷后降雨的增加可能是由于雷電導致帶電的雨滴等所受電場(chǎng)力驟降，短時(shí)間內的降水強度突然增加，其影響的時(shí)間和空間范圍有限。

　　《中國科學(xué)報》：人工引雷能否“引”出或者捕捉、控制球狀閃電？

　　蔣如斌：至今，尚無(wú)任何證據表明人工引雷曾“引”出過(guò)球狀閃電。球狀閃電的發(fā)生比較罕見(jiàn)，因此對球狀閃電的有效觀(guān)測結果還很少，目前，學(xué)術(shù)界對球狀閃電發(fā)生機理的認識還存在很大爭議。

　　《中國科學(xué)報》：我們對雷電的認識還有哪些亟待探索的問(wèn)題？

　　郄秀書(shū)：實(shí)際上關(guān)于閃電，人類(lèi)還有很多問(wèn)題沒(méi)有解決。比如：閃電如何在云內始發(fā)？閃電通道如何發(fā)展傳輸？雷電電荷如何傳輸？閃電放電過(guò)程中的能量如何分配？閃電發(fā)生時(shí)的云內電場(chǎng)有多強？閃電是否可以產(chǎn)生高能X射線(xiàn)和伽馬射線(xiàn)？

　　甚至還有一些閃電的基本問(wèn)題，如：為什么有些閃電僅發(fā)生在云內，有些會(huì )打到地上？不同閃電的強度、發(fā)展特征等為何不同？看似有很大隨機性的閃電到底有哪些共性規律和不同？哪些地方更易遭受雷擊？等等。