人工引雷技術(shù)研究及其在森林防火中的應(yīng)用

摘 要:人工引雷技術(shù)使得自然界不可控制的雷電變得可以監(jiān)測(cè)，使得雷電可以在一定的環(huán)境，一定的場(chǎng)地安排下發(fā)生，從而有利于科學(xué)家利用儀器對(duì)雷電進(jìn)行集中分析和測(cè)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(guān)鍵詞:人工引雷 森林防火

中圖分類號(hào):S762.3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1672-3791(2010)12(b)-0237-01

閃電打雷是一種常見(jiàn)的自然現(xiàn)象，特別是在夏天，這種自然現(xiàn)象表現(xiàn)的更為明顯。近幾年頻發(fā)的森林大火(大興安嶺北部的原始森林以及美國(guó)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(fù)雜的大氣現(xiàn)象，在發(fā)生雷電天氣的一瞬間，形成強(qiáng)大的電流，很高的溫度，強(qiáng)烈的沖擊波以及極強(qiáng)的電磁輻射等，這些都對(duì)人類的以及我們的生存環(huán)境帶來(lái)了極強(qiáng)的危害性。但是雷電的發(fā)生往往在一瞬間，隨機(jī)性以及時(shí)間和空間的性非常強(qiáng)，人們很難做到對(duì)其去預(yù)防和控制。除此以外，雖然我們可以在高壓實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的火花放電進(jìn)行雷電的模擬，但是我們卻很難模擬出自然界雷電發(fā)生時(shí)的氣候條件，比如說(shuō)云霧的產(chǎn)生，放電的通道以及幾何尺度等等。正是因?yàn)檫@些我們無(wú)法近距離的觀察，所以這些年來(lái)，人們雖然對(duì)對(duì)雷電在進(jìn)行研究，但是一直難以深入下去。因此，對(duì)雷擊的防火進(jìn)行控制也無(wú)從談起。而人工引雷技術(shù)卻可以使閃電在控制的時(shí)間和空間內(nèi)發(fā)生，這樣就對(duì)雷電的物理研究開(kāi)辟了一條新的途徑，對(duì)雷擊引燃的原理也提供了一個(gè)有效的監(jiān)測(cè)手段。

1 人工引雷技術(shù)的歷史發(fā)展

發(fā)現(xiàn)雷電的鼻祖富蘭克林就通過(guò)注明的風(fēng)箏試驗(yàn)證實(shí)了雷電中具有與實(shí)驗(yàn)室中摩擦產(chǎn)生的同一種電荷。他當(dāng)時(shí)就在打雷的天氣牽一根鐵絲為導(dǎo)線的風(fēng)箏進(jìn)行放飛，從而得出來(lái)的結(jié)論。而這個(gè)試驗(yàn)，我們可以認(rèn)為，這就是人工引雷技術(shù)的原型。同時(shí)，在20世紀(jì)60年代，美國(guó)的langmuir 實(shí)驗(yàn)室就做個(gè)一個(gè)氣球試驗(yàn)，即在雷暴的天氣，放飛一個(gè)接地的金屬導(dǎo)線氣球，從而希望引發(fā)閃電。這是試驗(yàn)最終失敗，其原因是在雷暴產(chǎn)生時(shí)，處于一種強(qiáng)電場(chǎng)之中，金屬的尖端會(huì)產(chǎn)生大量的電暈例子包圍在尖端周圍，從而限制了局部電場(chǎng)的進(jìn)一步增強(qiáng)。而在1967年，美國(guó)的Newman等人在雷電天氣，運(yùn)用帶有接地導(dǎo)線的小火箭，成功的引發(fā)了閃電。從而拉開(kāi)了人類對(duì)引雷技術(shù)的研究。

2 人工引雷技術(shù)的原理介紹

目前采用的人工引雷技術(shù)就是延用了Newman的小火箭接地方法，即在雷暴的天氣，當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到一定強(qiáng)度的時(shí)候，發(fā)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(huán)境的電場(chǎng)強(qiáng)度瞬間增高，由于金屬絲對(duì)電場(chǎng)的局部增強(qiáng)作用，導(dǎo)線下端的電場(chǎng)強(qiáng)度就發(fā)生電擊穿。以電子雪崩的方式向上向下傳導(dǎo)。下行通過(guò)金屬絲到達(dá)地面，上行講進(jìn)入云層當(dāng)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(fā)的閃電在一定條件下具有雙向發(fā)生和發(fā)展的可能性。根據(jù)實(shí)踐，如果環(huán)境條件合適，比如說(shuō)當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到一定的程度時(shí)，火箭有可能沒(méi)有必要上升到800m的高度，只要500m的高度就能觸發(fā)閃電。在雷暴天氣中引發(fā)閃電，并不是簡(jiǎn)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(chǎn)生的雷電，因?yàn)榛鸺敹说慕饘匐x云層還有很大的距離。而是通過(guò)初始先導(dǎo)的連續(xù)擊穿作用，使得連續(xù)累積后，在云層和大地之間開(kāi)辟了一條電路通道。

3 人工引雷技術(shù)的場(chǎng)地布局

在實(shí)驗(yàn)室場(chǎng)地設(shè)有兩個(gè)主要觀測(cè)點(diǎn)，一個(gè)較近，一個(gè)較遠(yuǎn)，從而來(lái)測(cè)量雷電產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度，磁場(chǎng)強(qiáng)度，以及發(fā)光等。近距離觀測(cè)點(diǎn)一般安排在火箭發(fā)射控制室的附件，在發(fā)射火箭的幾十米內(nèi)，遠(yuǎn)距離觀測(cè)點(diǎn)安排在火箭發(fā)射架幾百米以上(在火箭的發(fā)射高度以上)。這樣在引雷電荷主觀測(cè)點(diǎn)都可以監(jiān)測(cè)到雷電發(fā)生時(shí)的各種數(shù)據(jù)，一般的照相設(shè)備都用照相機(jī)，攝像機(jī)等。場(chǎng)地的中間設(shè)置引流桿和法拉第屏蔽籠，這樣可以更加可靠和準(zhǔn)確的吸引所引發(fā)的閃電。在法拉第屏蔽籠的附件，設(shè)置了多個(gè)火箭發(fā)射點(diǎn)，從而保證了在一次雷暴發(fā)生的時(shí)候，可以同時(shí)發(fā)射多個(gè)火箭來(lái)引發(fā)雷電。

4 人工引雷技術(shù)在森林防火中的應(yīng)用

森林在雷電天氣中起火，一般都是因?yàn)榈亻W電流異常強(qiáng)大。從而引發(fā)了森林火災(zāi)。從20世紀(jì)70年代開(kāi)始，就相繼展開(kāi)了一些類的自然雷電的電流測(cè)量和引流工作，比如說(shuō)一開(kāi)始，瑞士的科學(xué)家，在兩座距離400米的塔頂安放電流測(cè)量裝置，從而測(cè)得電流，這一方法隨即被推廣開(kāi)來(lái)，相繼在南非，德國(guó)，意大利，加拿大，日本等國(guó)開(kāi)始展開(kāi)，但是由于閃電發(fā)生的隨性和瞬間性，使得這項(xiàng)測(cè)量工作仍然存在很大的難度。到目前為止，我國(guó)在這方面的進(jìn)展任然沒(méi)有突破性的進(jìn)展。

通過(guò)模擬自然界得閃電，人工引發(fā)閃電為人類研究閃電的成因和雷電的測(cè)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(jù)。雷擊起火是閃電產(chǎn)生是，云層和大地產(chǎn)生的電流通路，產(chǎn)生短路。從而電流產(chǎn)生熱量而導(dǎo)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(tài)，此時(shí)，回?fù)綦娏鬟_(dá)到一定的強(qiáng)度后產(chǎn)生熱量，從而引發(fā)起火。當(dāng)然在這個(gè)過(guò)程中，起火的概率和電擊的連續(xù)性和電擊的時(shí)間成正比。

人工引雷技術(shù)使得自然界不可控制的雷電變得可以監(jiān)測(cè)，使得雷電可以在一定的環(huán)境，一定的場(chǎng)地安排下發(fā)生，從而有利于科學(xué)家利用儀器對(duì)雷電進(jìn)行集中分析和測(cè)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(duì)雷電引燃森林起火的全過(guò)程進(jìn)行模擬分析，從而建立雷擊起火的數(shù)學(xué)模型，為后續(xù)解決雷擊引燃提供研究條件。

在我國(guó)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(hù)去以及消防力量很難達(dá)到相應(yīng)的力度。所以這些地區(qū)，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(guò)人工閃電觸發(fā)云層中的高能量，從而釋放到地面，以減少閃電發(fā)生時(shí)地閃的強(qiáng)度，從而避免了森林起火。

5 結(jié)語(yǔ)

人工引雷技術(shù)為模擬自然雷電提供了一個(gè)非常真實(shí)的雷電模擬環(huán)境，從而可以對(duì)雷電進(jìn)行全方位的分析和測(cè)量，揭示了雷電與地面可燃物的觸發(fā)的全過(guò)程。對(duì)雷擊防火技術(shù)研究和發(fā)展提供了重要的依據(jù)，同時(shí)人工引雷技術(shù)在攔截移動(dòng)雷暴等方面也有著不可估量的前景。這對(duì)于我們應(yīng)用自然，研究自然有很大的幫助。

參考文獻(xiàn)

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