人工引雷技術研究及其在森林防火中的應用

摘 要:人工引雷技術使得自然界不可控制的雷電變得可以監測，使得雷電可以在一定的環境，一定的場地安排下發生，從而有利于科學家利用儀器對雷電進行集中分析和測量，從而分析出放電類型，影響放電的因素，以及森林起火更加全面的條件。

關鍵詞:人工引雷 森林防火

中圖分類號:S762.3文獻標識碼:A文章編號:1672-3791(2010)12(b)-0237-01

閃電打雷是一種常見的自然現象，特別是在夏天，這種自然現象表現的更為明顯。近幾年頻發的森林大火(大興安嶺北部的原始森林以及美國的黃石公園森林大火)和雷電傷人事故，使得人們看清了雷電的威力。雷電是一種及其復雜的大氣現象，在發生雷電天氣的一瞬間，形成強大的電流，很高的溫度，強烈的沖擊波以及極強的電磁輻射等，這些都對人類的以及我們的生存環境帶來了極強的危害性。但是雷電的發生往往在一瞬間，隨機性以及時間和空間的性非常強，人們很難做到對其去預防和控制。除此以外，雖然我們可以在高壓實驗室中進行長時間的火花放電進行雷電的模擬，但是我們卻很難模擬出自然界雷電發生時的氣候條件，比如說云霧的產生，放電的通道以及幾何尺度等等。正是因為這些我們無法近距離的觀察，所以這些年來，人們雖然對對雷電在進行研究，但是一直難以深入下去。因此，對雷擊的防火進行控制也無從談起。而人工引雷技術卻可以使閃電在控制的時間和空間內發生，這樣就對雷電的物理研究開辟了一條新的途徑，對雷擊引燃的原理也提供了一個有效的監測手段。

1 人工引雷技術的歷史發展

發現雷電的鼻祖富蘭克林就通過注明的風箏試驗證實了雷電中具有與實驗室中摩擦產生的同一種電荷。他當時就在打雷的天氣牽一根鐵絲為導線的風箏進行放飛，從而得出來的結論。而這個試驗，我們可以認為，這就是人工引雷技術的原型。同時，在20世紀60年代，美國的langmuir 實驗室就做個一個氣球試驗，即在雷暴的天氣，放飛一個接地的金屬導線氣球，從而希望引發閃電。這是試驗最終失敗，其原因是在雷暴產生時，處于一種強電場之中，金屬的尖端會產生大量的電暈例子包圍在尖端周圍，從而限制了局部電場的進一步增強。而在1967年，美國的Newman等人在雷電天氣，運用帶有接地導線的小火箭，成功的引發了閃電。從而拉開了人類對引雷技術的研究。

2 人工引雷技術的原理介紹

目前采用的人工引雷技術就是延用了Newman的小火箭接地方法，即在雷暴的天氣，當電場強度達到一定強度的時候，發射拖帶直徑為0.2mm的金屬絲，然后以150m/s 左右的速度升到800米的高度，環境的電場強度瞬間增高，由于金屬絲對電場的局部增強作用，導線下端的電場強度就發生電擊穿。以電子雪崩的方式向上向下傳導。下行通過金屬絲到達地面，上行講進入云層當中，從而形成電流通路。這就是引雷得基本原理和方法。

這種人工引發的閃電在一定條件下具有雙向發生和發展的可能性。根據實踐，如果環境條件合適，比如說當電場強度達到一定的程度時，火箭有可能沒有必要上升到800m的高度，只要500m的高度就能觸發閃電。在雷暴天氣中引發閃電，并不是簡單的在雷暴天氣中，利用上行云層的放電和下行大地放電短路產生的雷電，因為火箭頂端的金屬離云層還有很大的距離。而是通過初始先導的連續擊穿作用，使得連續累積后，在云層和大地之間開辟了一條電路通道。

3 人工引雷技術的場地布局

在實驗室場地設有兩個主要觀測點，一個較近，一個較遠，從而來測量雷電產生的電場強度，磁場強度，以及發光等。近距離觀測點一般安排在火箭發射控制室的附件，在發射火箭的幾十米內，遠距離觀測點安排在火箭發射架幾百米以上(在火箭的發射高度以上)。這樣在引雷電荷主觀測點都可以監測到雷電發生時的各種數據，一般的照相設備都用照相機，攝像機等。場地的中間設置引流桿和法拉第屏蔽籠，這樣可以更加可靠和準確的吸引所引發的閃電。在法拉第屏蔽籠的附件，設置了多個火箭發射點，從而保證了在一次雷暴發生的時候，可以同時發射多個火箭來引發雷電。

4 人工引雷技術在森林防火中的應用

森林在雷電天氣中起火，一般都是因為地閃電流異常強大。從而引發了森林火災。從20世紀70年代開始，就相繼展開了一些類的自然雷電的電流測量和引流工作，比如說一開始，瑞士的科學家，在兩座距離400米的塔頂安放電流測量裝置，從而測得電流，這一方法隨即被推廣開來，相繼在南非，德國，意大利，加拿大，日本等國開始展開，但是由于閃電發生的隨性和瞬間性，使得這項測量工作仍然存在很大的難度。到目前為止，我國在這方面的進展任然沒有突破性的進展。

通過模擬自然界得閃電，人工引發閃電為人類研究閃電的成因和雷電的測量提供了很大的幫助。為雷電天氣森林起火的研究起到了很好的依據。雷擊起火是閃電產生是，云層和大地產生的電流通路，產生短路。從而電流產生熱量而導致森林起火。森林特別是原始森林，有一部分樹木的含水量一般都比較的低，處于老死枯萎的狀態，此時，回擊電流達到一定的強度后產生熱量，從而引發起火。當然在這個過程中，起火的概率和電擊的連續性和電擊的時間成正比。

人工引雷技術使得自然界不可控制的雷電變得可以監測，使得雷電可以在一定的環境，一定的場地安排下發生，從而有利于科學家利用儀器對雷電進行集中分析和測量，從而分析出放電類型，影響放電的因素，以及森林起火更加全面的條件。對雷電引燃森林起火的全過程進行模擬分析，從而建立雷擊起火的數學模型，為后續解決雷擊引燃提供研究條件。

在我國東北部的原始森林里，有很多珍貴的資源，在這些地方，自然保護去以及消防力量很難達到相應的力度。所以這些地區，可以使用人工引雷作為閃電攔截措施，這一措施的原理是通過人工閃電觸發云層中的高能量，從而釋放到地面，以減少閃電發生時地閃的強度，從而避免了森林起火。

5 結語

人工引雷技術為模擬自然雷電提供了一個非常真實的雷電模擬環境，從而可以對雷電進行全方位的分析和測量，揭示了雷電與地面可燃物的觸發的全過程。對雷擊防火技術研究和發展提供了重要的依據，同時人工引雷技術在攔截移動雷暴等方面也有著不可估量的前景。這對于我們應用自然，研究自然有很大的幫助。

參考文獻

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