第4章 电闪雷鸣——认识雷电现象(4)

青藏高原东南部的雷暴日数也比较多，许多地区可以达到90天，如海拔3950米的索县有91.9天，最多年109.0天。而有些海岛上雷暴却非常少，东沙群岛1926~1936年10年间每年平均雷暴日数只有7.2天，1963~1970年每年平均只有8.1天；福建金门岛每年也只有5.4天。

我国雷暴最少的地方在沙漠干旱地区，冷湖每年2.3天，格尔木2.9天，鄯善3天，都兰诺木洪3.2天，伊吾淖毛湖3.4天，这些台站有些年份甚至全年都没有雷暴。

我国雷暴活动主要集中在6~8月，其中以7月的雷暴活动最为频繁。纬度较高的东北三省和新疆等地区，雷暴活动偏早，因此，平均月雷暴日数年变化的峰值位于6~7月，并以7月为主。而青海、宁夏、内蒙古、山西、河北、北京、山东、江苏、河南等地区，平均月雷暴日数年变化的峰值几乎都集中在7月。

纬度较低的陕西、安徽、浙江、江西、湖北、广西、四川、贵州等地区，雷暴活动偏晚，因此，平均月雷暴日数年变化的峰值位于7~8月，并以7月为主。但江西例外，平均月雷暴日数年变化的峰值位于8月。

福建、湖南和广东等地区，平均月雷暴日数年变化的峰值几乎都集中在8月份。此外，甘肃和西藏地区，平均月雷暴日数年变化的峰值位于6~8月，并以7月为主。各地雷暴日数普遍以夏季最多，但是除了隆冬季节以外，全国绝大多数地区都可有雷声。在长江、巴山以南，青藏高原以东地区，即使在隆冬也有雷声。全国最多雷的月份是6~8月。广西沿海的东兴气象站8月平均雷暴日数高达24.1天，最多月份曾达30.0天，几乎天天有雷；钦州8月平均雷暴日数23.8天，最多月28.0天。四川稻城7月23.3天，最多月27.0天。海口6月23.1天，最多月29.0天。

在青藏高原东南部地区，因为雷暴高度集中在夏季，所以7~8月雷暴日数也高达20天以上，比起云南和广西来说也相差无几。江孜8月平均雷暴日数23.0天，最多月26.0天；日喀则7、8月均为22天，申扎7月21.2天，最多月26.0天，这些气象站海拔多在4000米以上。

雷暴分布

在20世纪60年代，通过室内实验，美国学者发现快速引入强电场中的细金属丝会导致击穿放电，于是产生了人工引发雷电的设想。

从此之后，这些学者用向雷暴云发射拖带细金属导线的方法成功地实现了人工引发雷电。随后，法、日、美以及中国的学者先后都进行了人工引雷实验及综合测量，成效显着。

除此之外，巴西和古巴也发展了这项技术。人工引雷使时空随机发生的自然雷电变成在一定雷暴条件下可以控制地进行，便于集中各种测量手段对雷电放电过程进行近距离综合观测，这为很多学科的研究都提供了一个新方法，如雷电物理、雷电探测、雷电防护……1.人工引雷的定义与原理

人工引雷指的是在雷暴电环境下利用一定的装置和设施，人为地在某一指定地点触发的闪电。即使在高建筑物处以上发生触发雷电，飞机穿过雷暴电场时也能触发雷电，水下炸弹试验产生的水柱也可引发雷电，但这些都不是人们意识产生的，所以不被归为人工引雷一类。

2.人工引雷技术介绍

人工引发雷电有两种触发方式。

首先是传统触发方式，即向雷暴云发射拖带接地细金属丝火箭的人工引雷方式。这种方式引发的雷电与地面高建筑物激发的上行雷非常相似。通常情况下，根据地面电场及其变化趋势来确定火箭发射的时机，火箭发射前的地面电场值在4~10千伏/米之间，火箭触发高度一般在200~400米左右。因为在发生近距离自然闪电之后会导致环境电场降低，以及从火箭点火到升至触发高度需要一定时间，所以，在自然闪电相对稀疏时发射火箭会更容易取得成功。当火箭离开地面上升的时候，在其拖带的细金属丝顶端会激发起上行先导，在适宜的环境电场下上行先导以飞快的速度向雷暴云底部自持传输。先导电流使金属丝烧熔气化，在它到达雷暴云底部的电荷区的时候，就在雷暴云和大地之间建立了放电通道，而且还会激发连续电流，称为初始连续电流过程。在雷暴云底部为正电荷集中区的情况下，人工引发雷电一般在初始连续电流过程之后即终止，放电的峰值电流一般在千安上下；但在雷暴云底部为负电荷的情况下，初始连续电流过程之后，可能会发生数次直窜先导及后继回击过程，放电的峰值电流可达数十千安，放电持续时间一般在数百毫秒甚至一秒以上。当然，这些过程与自然闪电是相似的。

从20世纪90年代之后，“空中触发”技术得到了进一步完善。

也就是火箭拖带细金属丝的下端通过一段数十至数百米的绝缘尼龙线和地面连接。如果是这样，当细金属丝被火箭带到空中后，在其上端及下端与尼龙线的连接处会在雷暴云电场作用下分别激发起上行和下行先导，它们在环境电场作用下分别向雷暴云和地面双向传输。在雷暴云底部为负电荷的情况下一般是先产生上行正先导，随后产生下行负先导，它类似于自然雷电的下行先导，当其接近地面时，地面突出物上方会激发起上行迎面先导，这样就能产生强烈放电过程。用空中触发方式引发的雷电更适宜于研究它和地面目标物相互作用的机理和过程。

在现有条件下，引雷技术采用的是火箭—导线引雷技术，而火箭的作用只是牵引或伸长导线。因为火箭引雷有一定的安全隐患，除了火箭不安全之外，导线也可能存有隐患，如果人工引雷不能成功，导线落下后会威胁周围设施的安全，所以现在有一些研究小组在开发不用导线的人工引雷技，如激光引雷、微波引雷、喷水引雷、火焰引雷、高温气体引雷……但这些技术还没有取得成功。

3.人工引雷的应用

人工引雷技术可使雷电击中到某一固定地点，且其发生时间也可在某种程度上加以控制，这就为研究雷电物理及各种防雷方法提供了条件。如今，一些发达国家已经建立了人工引雷试验基地，而我国也建立了广州人工引雷试验基地，该基地的目标是通过长期的人工引雷试验，进行雷电物理和防雷方法及技术的系统研究活动。因为可以同步测量人工雷电的电流及其辐射电磁场，所以可检验和研究地闪的回击传输线理论及模式。按照这个理论，在回击初始阶段的数微秒内，其所产生的辐射电磁场与通道电流成正比，以及与通道的水平距离成反比，并也与回击电流速度有关。

通过实验得知，回击的传输线理论模式基本上是成立的，但是与计算值相比，只是用光学方法测量的回击速度值要低一些。由实际测量的电流及电场值按传输线模式计算出的回击速度更接近于光速。人工引发雷电还可用于研究闪电通道的发光度演变、通道电流及其时变特征……与此同时，利用人工引发雷电及其他相关测量手段也可以研究雷电放电与雷暴动力及微物理过程的相互关系，研究雷电产生的氮氧化物及其他痕量气体的特性以及它们对天气气候的影响……通过实验可以发现，一般情况下，自然对地闪电发生后往往伴随有所谓降雨倾泻现象。另外，也有其他一些现象，如降水突增。引发的雷电是否对冰雹云发展起到抑制或减弱的作用，并进而利用人工引雷手段达到人工影响或抑制冰雹，这是一个值得研究的问题。在雷电防护方面，空中触发的人工雷电正用于研究下行雷电与地面目标物的相互作用，而且还在此基础上综合研究和评估雷电防护装置的性能，在这一方面已经取得了不错的效果。要想利用人工引雷技术可将雷电引到安全区，首先应当做的是进一步提高引雷成功率。目前，国内外引雷成功率较低，这需要对闪电产生的条件进一步研究，如电场、电荷或其他有关的空间条件，另外还要准确探测空中电场强度及其演变特性，因为近地面空间电荷层的屏蔽作用，所以只是通过地面电场的测量是无法了解空间电场特性的。

与此同时，引雷技术手段需要进一步发展，如使其更加灵活、接近自然或者是根据实际需要设计能完成特殊任务的雷电引发设施。到目前为止，人工引雷的主要手段是采用火箭拖带细金属丝的方式。为了能保证安全，火箭应具有抛伞或自毁功能。虽然也采取了人工引雷的其他一些手段，但是并没有真正取得成功，特别是激光诱雷，它产生了很多激光诱导放电，但在进行野外实验的时候并未获得确认的激光诱发雷电。无论是激光诱雷的理论还是技术问题，人们都应当继续进行深入研究，如果能够取得成功，其一定有着重要的学术和实用价值。

无论如何，人工引雷应用是一个存在广泛想象空间和孕育着新的发明的领域，它为人工引雷技术应用领域的开阔创造了重要条件。从这一方面来说，发展引雷技术是必要的。

揭开雷电之谜的人——富兰克林。

在夏季，我们都会看到白色的闪电，随之就能听到“轰隆隆”的雷声，雷声之大真是振聋发聩，与之相伴随的就是狂风暴雨。或许很多人认为这没有什么好神奇的，只是一种自然现象罢了。但是我们的祖先却将其看做是支配自然的一种神秘力量。在希腊神话中，雷电就在万神之王宙斯的手中，它有无比的威力，当他生气发怒时，就把雷电放出来震慑群神和人类。

中国人传说这是雷公电母在惩治邪恶，后来的欧美人又把雷电和上帝联系起来，说是上帝主宰雷电。

随着科学技术的不断发展，很多科学家都想揭开雷电的秘密。富兰克林是首先做这种实验并且取得成功的人。

在1752年7月，富兰克林做了一个令世界震惊的实验。在闪电、雷雨即将到来的时候，他把一只大风筝放到天空，风筝越飞越高，肉眼几乎看不见，此时大雨倾盆而下，手握风筝线的富兰克林感到一阵麻木，随后，挂在风筝线下端的铜铃开始晃动起来，甚至还冒出点点火花。看到这种景象，此时的富兰克林欢呼雀跃地大叫起来：“成功了！

成功了！”富兰克林冒着生命危险揭开了雷电之谜。

事实上，在这之前，富兰克林就开始考虑雷电的问题。在1749年，他就曾写报告给英国皇家学会，建议用尖端金属杆装在屋顶，再用铁丝把铁杆同地面连接起来，这样就可以把天上的电引到地下，防止出现房屋遭到雷击的情况。但是，他的这项建议不但没有得到皇家学会成员的认同，甚至还遭到了他们的嘲笑。虽然这样，富兰克林仍然相信自己想法的正确性，于是就把这个想法通过写信告诉了朋友。而且发明出到现在为止都被使用的避雷针。后来，富兰克林通过进一步研究，了解到电是会流动的，它还可以分为正电和负电。富兰克林是电学原理的创始人之一。此外，富兰克林还有许多科学发明，并进行了多种科学研究，为自然科学做出了巨大贡献。比如，他发明了能节约燃料3/4的新式火炉——富兰克林炉；发明了老年人用的双光眼睛，既可看远，也可看近；发明了医学上使用的具有伸缩性的导尿管；试验了物体发热的灵敏度，测出了液体蒸发时热量散失的情况，研究了北极光的性质和原理等等。1752年，他被选为英国皇家学会会员，英国的爱丁堡大学、圣安德大学、牛津大学都先后授予他博士学位。

在1706年，富兰克林出生在波士顿一个手工业者家庭。在他小的时候，家里特别穷，所以读书不多。

在12岁的时候就开始在印刷厂当学徒。由于富兰克林对知识充满了渴望，所以只要情况允许，他就认真学习，而且获得了丰富的知识。富兰克林不仅是一位伟大的科学家，而且是一位杰出的政治家，卓越的外交家，美国独立运动的领袖之一，为建立美利坚合众国做出了不可磨灭的贡献。美国独立战争爆发后，富兰克林毅然断绝了同英国的一切联系，把自己的财产支援革命战争。他参加了《独立宣言》

的起草工作，受“大陆会议”的委派，作为外交特使出访欧洲，在外交上取得了巨大的成功。

在国际上，因为富兰克林拥有渊博的知识，所以在学术方面获得了很高的声誉。首先他在法国取得了广泛的同情和支持。他利用英国和法国之间的矛盾，对法国政府施加压力，同法国政府签订了《美法友好商务条约》和《美法同盟条约》，后来随法国远征军赴北美参战。另外，由于他的外交手段较为出色，所以争得了西班牙、荷兰公开参加对英战争；随后很多国家也采取中立措施，这样就使得英国陷入孤立状态，而美国在此情况下扭转了局势，取得了胜利。

在独立战争胜利之后，富兰克林又开始同英国和谈。通过一年多的艰苦努力，终于迫使英国在1783年签订了《美英和约》，并正式承认美国独立。

在1790年4月，富兰克林去世，但他为美国人民和世界人民所留下了巨大财富却永远无法被忘怀。