撐起雷電下的“保護傘”
——記中國科學技術大學教授陸高鵬

徐芳芳

雷雨天不要躲在大樹下面避雨，遠離金屬物體，盡量避免使用電子設備……從小到大，這些避雷警示的信息以文字、圖像或視頻等形式出現在我們接觸的報紙、課本甚至電視節目中，教育大眾如何在雷暴天氣中保護自身安全。然而，當沿著信息向上溯源，追尋它的源頭，我們會發現，原來一直有一群和雷電直接打交道的人，他們在荒野中、在高山頂上、在距離雷電最近的地方一次又一次地觀察、測量著閃電的形態、過程及具體數據。正是因為他們這些冒險的舉動，才有了如今瑯瑯上口的雷電防護常識。

陸高鵬現今是中國科學技術大學地球和空間科學學院的教授。2004年，他背負著雷電研究的使命從中國科大地球和空間科學系遠赴美國求學和工作；2013年，“練就十八般武藝”的他決定回國發展；2019年，他終于回到了母校，回到了夢想最初開始的地方，帶領學生繼續探索閃電。20多年來，他與閃電一次次“交手”，碰撞出了無數“火花”。

追逐閃電

雨后，遼闊無際的墨西哥高原上，一輛越野車正在肆意地行駛，周圍不斷后退的是蒼茫連綿的山脈，車上的人們一邊高聲談論，一邊欣賞著視野范圍內的美景。如果不是他們的目光跳躍，像是在不停地搜索著什么東西，這場景或許和西方公路片沒什么區別。事實上，車上坐著的是陸高鵬和他的小伙伴們，他們剛剛利用探空氣球在一場雷雨天氣中觀測到了閃電引起的電場數據，正在尋找完成任務后隨著探空氣球飄落在高原某個角落的探測儀器，順帶欣賞墨西哥高原壯麗的美景。

當然，實地觀測閃電帶給他們的不僅僅有美景，還有突如其來的危險。有一次，完成觀測的陸高鵬正和同事行駛在高原上，尋找飄落的探空氣球。突然，一道閃電直接打在了距離他們不到100米的草地上，“那一瞬間，周圍的光線變得特別亮”。禍兮福之所倚，那次，他用手中正在拍照的相機捕獲了閃電落地的全過程。

彼時的陸高鵬正在新墨西哥州礦業與技術研究所學習中高層空間瞬態發光現象與對流層大氣放電之間的關系，也就是雷雨天氣下產生的被稱為“紅色精靈”的大氣放電現象。“所謂紅色精靈，是由于中高層大氣空氣較為稀薄，強度較大的閃電放電后產生的電磁場導致大氣中的介質被擊穿，產生了5～10公里寬的巨型噴流形態的瞬態發光現象。”陸高鵬介紹道。到了博士后工作時期，隨著遙感手段的學習和應用，他對閃電的探測范圍從十幾公里擴大到了幾百公里之外的雷暴上空，而他的主要觀測對象也從紅色精靈擴展至整個中高層大氣放電現象。緊接著，在美國國防高科技委員會（DARPA）的NIMBUS項目支持下，正在杜克大學從事博士后研究的陸高鵬在美國建立了多處中高層放電現象觀測站點。

2015年夏季，陸高鵬前往西藏那曲架設閃電探測設備。

然而就在閃電探測站已經建成，即將開始產生數據的時候，陸高鵬卻因為種種原因選擇了回到國內發展。

深入研究

對于研究進行到中途離開，陸高鵬一直感到有些遺憾，回國先后于中國科學院與中國科學技術大學工作的他自然也不曾停止關于閃電探測網的研究。

他采取的辦法是將在美國建立的閃電探測站組網“搬”回到國內。

回國之后，陸高鵬在中國的遼源、北京、威海、拉薩、三亞、成都、西安等地陸續架設了多個低頻磁場記錄系統和低光度光學觀測設備，記錄與地源伽瑪輻射脈沖相關的低頻閃電磁場信號，并將該探測網命名為“閃電臨近空間效應研究平臺”。通過該平臺，陸高鵬及其團隊已在華北和東北地區記錄到近百例紅色精靈事件和同步的低頻磁場數據。同時，陸高鵬還帶領團隊成員利用磁場測量獨特的定向功能，發展了基于單站磁場測量的云內放電過程的三維定位技術，實現了在超視距（800到1000公里）范圍內對雷暴對流活動進行探測和追蹤的研究效果。

陸高鵬建立的閃電臨近空間效應研究平臺為雷電災害的預警提供了更有效的科學數據，在國內外引起了極大的反響。“我們可以根據其他課題組的需要在平臺的框架上設計方案獲得合作者需要的科學觀測數據。”他們曾與馬來西亞技術大學的Mohd Riduan博士開展合作，研究赤道附近地區雷暴的臨近空間電磁效應。在2017年的夏季觀測實驗中，他們獲得了目前國際上最近距離處的有關地源伽瑪射線脈沖母體閃電的低頻磁場信號。“雖然我們無法左右自然災害的降臨，但在災害面前，我們可以通過科學的方法提高預測水平，因而，在災害研究領域，合作共享是國際發展的重要趨勢。”通過這次基于閃電臨近空間效應研究平臺的合作研究，陸高鵬總結道。

在談及建設閃電臨近空間效應研究平臺的過程時，陸高鵬說，他曾多次站在人煙稀少的高山處，看著閃電從空中落下打在山腳下，他說，那種壯觀耀眼的場景，讓他念念不忘。然而，隨著研究的深入，他越來越了解閃電形成和發展的原理，以及其內部蘊含的巨大威力。“比如看上去很美的紅色精靈，實質上可能會威脅到飛行器的安全。當飛行器在雷暴上空環境中執行任務時，有可能受到閃電活動帶來的電磁輻射影響。”陸高鵬舉例道。而他通過閃電臨近空間效應研究平臺實現的對紅色精靈母體閃電的精準定位，有效提高了對臨近空間安全性的預報水平，為中高層空間的資源開發提供了安全保障，極大地減少了災難發生的可能性。

為了提高對臨近空間安全性的預報水平，陸高鵬開展的工作遠不止這些。

在原國家重點基礎研究發展計劃（973）項目“雷電重大災害天氣系統的過程、動力、微物理和成災機理”的研究工作中，陸高鵬團隊將遙感測量閃電過程所使用的低頻磁場測量技術應用于山東沾化雷電觀測基地的人工引雷實驗。在實驗中，他們利用低頻磁場傳感器的高靈敏度，實現了對人工引雷過程中弱放電階段的探測。“通過連續多年的研究，我們組織了更為系統的觀測，證實了爆發式磁場脈沖是人工引雷初始發展階段的普遍現象，并進一步識別出了該磁場脈沖的輻射源。”陸高鵬介紹道。

心憂百姓

在建立了閃電臨近空間效應研究平臺并且取得了一系列關于雷暴現象的研究成果后，陸高鵬開始注重科研成果的社會效益，“關于雷暴現象的研究成果終究要落實到實際生活需求中，用以保障大眾的財產和人身安全”。因此，在無錫市經濟開發區的支持下，2019年，他成立了無錫智雷科技有限公司，計劃以智雷科技作為平臺開展相關成果的產品轉化，并推動無錫市高新技術產業的發展。以公司為科研基地，陸高鵬帶領團隊成員改進并研制出新一代的高靈敏度磁場測量系統、閃電瞬態光學事件記錄設備、單站臨近雷暴天氣預警平臺等一系列產品。

當然，面對雷暴的危害，從來都不是有關人員單向地給大眾撐保護傘，也需要大眾加強自身的防護知識。因此，除科研產品轉化之外，陸高鵬也在借助各種機會向社會大眾宣傳雷電保護知識，包括他曾主持了學而思在線《科學大咖說》第三季欄目“雷雨天出門如何保護自己？”來宣傳在雷暴天氣中的防護做法。

“我們不能讓雷電的知識束之高閣，應該盡可能地讓大眾理解它。”陸高鵬說道。在這個觀念的引領下，他和團隊成員加入了一個名為“精靈愛好者群”的業余發燒友群體。群體中有人拍攝到閃電或者紅色精靈時，陸高鵬會向他們講授這些放電現象背后的物理原理。“他們和我一樣，都希望能夠探索到更多關于雷電的奧秘。”陸高鵬溫和地笑著。

其實，在雷電防護的科普方面，陸高鵬的目光范圍還要更加廣泛一些。在他的團隊里，除了國內的學生，還包括來自馬來西亞、非洲中部烏干達及巴基斯坦等雷電災害高發地域的國際留學生。“我希望能夠將他們訓練得更加專業，這樣將來他們回到家鄉以后，可以將雷電的相關知識帶回去，使當地的民眾更為科學地了解雷電的危害，并且知道如何在雷暴天氣進行防護。”陸高鵬目光悠遠地說。