人工引雷是什么？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？
近日《中國科學報》專訪了專門從事人工引雷作業(yè)的科研團隊——中科院大氣物理研究所（以下簡稱大氣物理所）中層大氣和全球環(huán)境探測重點實驗室副主任、副研究員蔣如斌及研究員郄秀書。
初識人工引雷：人類控制利用雷電夢想成真 《中國科學報》：能否簡要介紹一下人工引雷這項技術？ 蔣如斌：人工引雷是指向起電的雷暴云體發(fā)射拖帶金屬導線的專用引雷火箭以引發(fā)雷電的專門技術，被稱為“火箭—拖線人工引雷技術”。 通常在合適的雷暴電場條件下，當引雷火箭上升達到200米左右的高度時即可引雷成功。 《中國科學報》：人工引雷是近年來興起的嗎？中間經(jīng)歷了怎樣的發(fā)展？ 郄秀書：其實，人工引雷試驗已不是新鮮事物了。 從20世紀60年代開始，美、法、中、日等國都先后成功開展了人工引發(fā)雷電試驗。 中科院原蘭州高原大氣物理研究所曾于1977年利用土火箭首次人工引雷成功，1989年利用專用引雷火箭引雷成功。 我們在山東濱州的人工引雷試驗開始于2005年，并首次在國內測到峰值達數(shù)萬安培的回擊電流波形。 2006年開始，中國氣象局也在廣東從化持續(xù)開展人工引雷試驗。 為進一步改進火箭性能，大氣物理所與中國航天總公司陜西中天火箭技術有限責任公司合作，2008年聯(lián)合研發(fā)了新型人工引雷專用火箭，并在2009年的人工引雷試驗中首次使用并取得成功。 目前國內的人工引雷試驗都使用了我們研制的引雷火箭，成本比進口的引雷火箭低很多。 截至目前，國內成功人工引雷總次數(shù)估計超過300次。 可以說，人工引雷使得人類控制雷電、利用雷電的夢想成為了現(xiàn)實。 我國的人工引雷科學試驗發(fā)展到今天，背后凝聚著三四代人的不斷努力和探索，成果來之不易。 《中國科學報》：什么天氣條件下適宜開展人工引雷作業(yè)？如何把握最好時機？ 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，這也是開展人工引雷作業(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，使其在指定的時間和地點發(fā)生。 引雷的最好時機是自然雷電即將發(fā)生但尚未發(fā)生之時。 引雷作業(yè)需要根據(jù)強對流天氣實況、地面大氣電場、自然雷電發(fā)生頻率等信息，判斷雷暴云的起電狀況，確定發(fā)射引雷火箭的時機，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：科學認識雷電用途多多 《中國科學報》：人工引雷的主要用途是什么？ 郄秀書：目前為止，人工引雷的最主要目的還是為了更科學地認識雷電。 人工引雷可以在一定的時間和空間可控狀態(tài)下進行，為集中多種觀測設備對雷電進行直接和近距離測量提供了條件。 隨著人工引雷技術趨于成熟，人工引雷試驗不僅在科學研究中發(fā)揮著重要作用，也在通信、石化、電力等行業(yè)的雷電防護技術測試，以及雷電定位系統(tǒng)的效果評估等方面得到了應用。 當然，也希望有朝一日能更好地干預和影響雷電、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認識之上。 《中國科學報》：“雷電定位系統(tǒng)”是什么？它主要發(fā)揮哪些作用？ 郄秀書：雷電定位系統(tǒng)主要是用于確定雷電發(fā)生的時間、位置、強度和類型等特征的一種雷電測量裝置。 通常是利用相隔一定距離的多個測量站來同步測量雷電放電過程產(chǎn)生的不同頻段的電磁波，再通過一定的定位原理和算法設計，反演確定放電事件的發(fā)生時間、位置等信息，它是觀測和定量研究雷電的重要基礎，也是進行雷電監(jiān)測預警的重要手段。 根據(jù)目的不同，可以建立不同類型的雷電定位系統(tǒng)。 比如，科學研究關注的是閃電發(fā)展傳輸?shù)娜^程，需要對一次閃電放電的全過程進行高精度高時間分辨率的三維成像定位，近10年來，類似的定位系統(tǒng)在國內外發(fā)展非常迅速。 而對于業(yè)務化的閃電監(jiān)測而言，可能更聚焦閃電打到地上的時間、位置，峰值電流強度等，這些信息可幫助進行森林雷擊火災的判別、雷擊輸電線路故障點查找等。 業(yè)務化的閃電定位系統(tǒng)在氣象、電力、林業(yè)、航空等領域都有廣泛應用，甚至航天發(fā)射中也配備有雷電定位系統(tǒng)。 展望人工引雷：仍有待解之謎 《中國科學報》：人工引雷的雷電能量可以存儲嗎？ 郄秀書：目前還沒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。 雷電是一種瞬時放電過程，其瞬時功率非常強，峰值功率可達10億千瓦，峰值電流可達幾十萬安培，但這種高功率的持續(xù)時間僅在微秒量級，一次閃電能量約為10?焦耳，差不多可供30個100瓦的燈泡照明100小時。 因此閃電雖然有強大的瞬時功率，可以造成巨大的破壞力，但能量很小，存儲下來的利用價值微不足道，或者說性價比不高。 《中國科學報》：人工引雷能引起雨量增加或者減少冰雹災害嗎？ 郄秀書：有研究認為人工引雷發(fā)生后，通道附近會出現(xiàn)降水傾瀉的現(xiàn)象，成功進行人工引雷試驗的雷暴也有冰雹減少的現(xiàn)象，但是目前這種現(xiàn)象的資料太少，不具有統(tǒng)計意義。 人工引雷和人工降雨增加降水、人工消雹減少冰雹的原理不同。 人工降雨和人工消雹技術是通過飛機、火箭、大炮等向云中播撒碘化銀等催化劑，改變云微物理過程，實現(xiàn)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力驟降，短時間內的降水強度突然增加，其影響的時間和空間范圍有限。 《中國科學報》：人工引雷能否“引”出或者捕捉、控制球狀閃電？ 蔣如斌：至今，尚無任何證據(jù)表明人工引雷曾“引”出過球狀閃電。球狀閃電的發(fā)生比較罕見，因此對球狀閃電的有效觀測結果還很少。 目前，學術界對球狀閃電發(fā)生機理的認識還存在很大爭議。 《中國科學報》：我們對雷電的認識還有哪些亟待探索的問題？ 郄秀書：實際上關于閃電，人類還有很多問題沒有解決。 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？閃電放電過程中的能量如何分配？閃電發(fā)生時的云內電場有多強？閃電是否可以產(chǎn)生高能X射線和伽馬射線？ 甚至還有一些基本問題。 比如：為什么有些閃電僅發(fā)生在云內，有些會打到地上？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(guī)律和不同？哪些地方更易遭受雷擊？這些問題都亟待探索。
《中國科學報》 (2021-08-12 第4版 綜合)