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        業(yè)界新聞

        雷電高發(fā)季 防雷有秘笈!

               入夏以來,我國雷電暴雨天氣頻發(fā)。我們該如何科學認識雷電?我國針對雷電監(jiān)測有哪些科技支撐?人工引雷有何作用?公眾該如何避雷、如何防御雷電災害?本期策劃帶大家了解“雷電”。

        起底雷電——

        如何平安度過“雷電季”?

               作為最常見的天氣現(xiàn)象之一,雷電以其猛烈的破壞力被人們熟知。那么,雷電是怎么形成的?公眾又應如何防范雷擊災害?

        雷電“誕生地”

               雷電也稱為閃電,是發(fā)生在大氣中的一種長距離、強電流、強電磁輻射自然現(xiàn)象。

               雷電常常“出生”在對流發(fā)展旺盛的積雨云中,云層內(nèi)的各種微粒因為碰撞摩擦等因素分離積累正、負電荷,形成較為集中的正、負電荷區(qū)。按照常規(guī)擊穿機制,當云層電荷區(qū)之間的電壓達到或超過所在環(huán)境的空氣擊穿閾值,便會產(chǎn)生放電現(xiàn)象。自持放電發(fā)展就會形成閃電,產(chǎn)生的轟鳴聲就是雷聲,即人們常說的“電閃雷鳴”。

               在我國,大部分地區(qū)都有雷電活動。一般來講,低緯度地區(qū)的雷電活動要比高緯度地區(qū)多,我國陸地區(qū)域閃電高發(fā)區(qū)主要分布在北回歸線附近及其以南地區(qū),包括廣東和廣西南部、海南島中北部,最密集的地區(qū)每年每平方公里大約發(fā)生31.4次閃電。而在同緯度上,地形復雜的山區(qū)發(fā)生雷電活動的頻次往往要比地形平緩的平原地區(qū)更高?! ?/span>

        雷電“家族成員” 

               雷電可不是只有一種“模樣”,主要分為云閃、地閃兩種。云閃主要在云內(nèi)或云間發(fā)生,所以對人類的直接危害較小。地閃會對人和建筑造成直接危害。

               當云與地面物體感應起電時,會產(chǎn)生電光直閃的“落地雷”,因為云與地之間進行放電,對地面物體危害極大。“落地雷”擊中地面物體,這就是人們所說的“雷擊”。 

        雷電季,如何避免“被雷到”  

               進入夏季,面對“暴脾氣”的雷雨天氣,如何避免“被雷到”?又該如何防御雷電帶來的災害? 

               最安全的辦法是雷電來臨時,躲在室內(nèi),因為建筑物通常有接地系統(tǒng)和安全電路。但需注意的是,要及時關好門窗,盡量關閉各類家用電器,不接近室內(nèi)裸露的金屬物,如水管、暖氣管、煤氣管等?! ?/span>

               在戶外遭遇雷雨天氣時,則不要在河流、湖泊等水域附近逗留,不要靠近高壓電線、路燈、廣告牌,不要在空曠地帶打傘等,應盡快尋找低洼地帶或堅固的建筑物躲避。此外,汽車也是避雷場所之一。由于車本身是金屬框架,被雷電擊中可以直接導電到地下。需要注意的是,此時要緊閉車窗,收起天線,避免使用車載電話和電子設備。

        人工引雷——

        揮出雷電解鎖的“金箍棒”  

               想象一下,天空中烏云翻滾,突然一道“金箍棒”閃現(xiàn),科學家變身魔法師,“指揮”雷電準確擊中預先選定的位置。

               這聽起來像科幻電影中的情節(jié),在現(xiàn)實世界其實就是人工引雷技術。人工引雷,是在雷暴環(huán)境下利用特定裝置和技術手段,在自然雷電發(fā)生之前,人為觸發(fā)雷電并引導雷電落在預定位置,從而進行科學試驗。我國在1977年首次成功開展人工引雷試驗,如今這一技術已經(jīng)相當成熟?!?/span>

               其具體操作和原理是,當雷電即將發(fā)生時,雷暴云層中的電場會影響地面的電場,科學家通過測量地面的電場強度,推斷出云層中放電環(huán)境的發(fā)展趨勢,從而確定引雷的最佳時機。隨后,他們會發(fā)射帶有金屬導線的小型火箭?;鸺仙龝r,導線會形成一個從地面到云層的放電過程,誘導形成雷電放電,并沿著導線直達地面。

               要實現(xiàn)人工引雷,離不開引雷火箭這個主角。引雷火箭的內(nèi)部裝有發(fā)動機和點火裝置,外部拖帶一根細長堅固的金屬絲。千萬別小看了這根金屬絲,它不僅需要足夠結實來承受上升過程中的拉力,還要盡量輕便以減輕火箭負荷?;鸺l(fā)射速度的控制也至關重要,太快會導致金屬絲斷裂,太慢則無法及時形成放電通道。

               人工引來的雷電與自然雷電有何異同呢?從本質上說,兩者都涉及大量電荷的快速移動,放電過程也是基本相同的,人工觸發(fā)雷電和自然雷電非常接近。然而,自然雷電的路徑和時間是隨機的,而人工引雷可以預知雷電的落點并準確記錄時間?! ?/span>

               人工引雷為雷電研究提供了寶貴的試驗平臺,還在許多實際應用中發(fā)揮了重要作用。比如通過引導雷電至特定位置,科學家們可以更好地研究雷電的放電機制、雷電和地面目標物的相互作用等,由此改進雷電預測和防護技術。又比如通過提供最接近真實雷電的模擬環(huán)境,科學家可以有效測試防雷裝置,確保這些裝置在實際使用中能夠保護建筑物和設備?! ?/span>

               從敬畏雷電這種天際狂暴力量,到將自然力量轉化為可控的研究對象,未來,人工引雷技術將為探索雷電奧秘和安全利用雷電提供更多可能。

        美觀實用完美融合——

        古今建筑的防雷智慧  

               古往今來,建筑物一直面臨著雷擊破壞的風險。隨著氣候變暖,城市建筑在雷雨季節(jié)遭受雷電襲擊的概率大幅增加,特別是建筑中的電子設備和網(wǎng)絡設施一旦遭受雷擊,損失更為嚴重。在“電子化時代”,雷擊已經(jīng)成為一大公害,建筑物的防雷措施顯得尤為重要?! ?/span>

               那么,古今建筑是如何應對雷電侵襲的?常用的防雷方法有哪些?  

               李京校介紹,除了直接的雷擊災害外,近年來高精尖設備受雷擊的事件日益增多,因為其內(nèi)部的電子設備耐壓很低,對雷暴云產(chǎn)生的雷電電磁脈沖及各類金屬管、線上產(chǎn)生的雷電波入侵非常敏感,極易引起短路、火災、爆炸或造成觸電事故,這也成為了現(xiàn)代防雷的重點?! ?/span>

               國家體育場“鳥巢”的外表光滑,沒有凸起的避雷針,整個建筑的鋼結構本身就具備避雷的功能。防雷設計巧妙地利用鳥巢巨大的金屬屋面板充當接閃器,而它所有的“鋼筋鐵骨”則構成了一個籠式避雷網(wǎng)。這個巨大的籠子保護著“鳥巢”,當雷電到來時,電流順著一根根鋼筋和一塊塊鋼板連成的“高速公路”,分散并迅速導入地下,避免對建筑本身造成破壞。中間的露天部分安裝了架空金屬導線,從而起到了避雷帶的作用。

               懸掛在北京奧林匹克塔的奧運五環(huán)標識,宛如城市的地標。由于五環(huán)標識本身就是金屬材質,又位于建筑物的最高處,本身就發(fā)揮了避雷針的作用。五環(huán)標識吸引雷電后,通過導電良好的金屬結構,將雷電引導至地面,從而保護建筑物免受直接雷擊的破壞?! ?/span>

               雄偉的萬里長城又是如何避雷的呢?據(jù)了解,除了在雷電易發(fā)區(qū)的長城敵臺(烽火臺)上安裝避雷針外,近年來,文物保護部門還使用了與本體及兩側景觀一致的避雷仿真樹,這些仿真樹仿照松樹的外觀做成,既美觀又實用。“避雷仿真樹數(shù)量、間距、高度,都會經(jīng)過嚴格測算。樹的高度會比長城要高,但不會太密。”李京校介紹。    

               在雷電災害頻繁發(fā)生的拉薩,布達拉宮遭受雷擊的記錄少之又少。這緣于其大殿頂部采用導電性能良好的金屬,金頂之下使用栓接和鉚接相互連接。另外,布達拉宮整體以石木結構為主,墻體由白瑪草混合當?shù)啬嗤炼哑龆?,干燥絕緣,既堅固又防火。 

               位于北京頤和園內(nèi)的佛香閣則“自帶”避雷裝置,閣頂裝有銅制的橢圓形球狀體,實際起到了避雷針的作用,如今被改造成現(xiàn)代避雷裝置,其和防雷引下線、接地裝置良好連接,繼續(xù)保護著這座古建筑?! ?/span>

               現(xiàn)代建筑在防雷技術上也不斷創(chuàng)新,我國臺灣的臺北101大樓的防雷系統(tǒng)復雜高效,整個大樓由鋼鐵結構支撐,頂部裝有避雷針,地基中的接地網(wǎng)進一步確保了雷電的安全泄放。放眼全球,迪拜哈利法塔作為目前世界上最高的建筑,塔頂安裝的大量避雷針以及雷電監(jiān)控設備形成了密集的防雷網(wǎng)絡,能夠實時監(jiān)測雷電活動。以獨特的船型設計和空中花園而聞名的新加坡濱海灣金沙酒店,在空中花園的每個角落安裝了避雷針,地基和地下結構中設有完備的接地系統(tǒng),便于更好泄放雷電流?! ?/span>

               古今建筑防雷的巧妙之處不僅在于其技術手段的進步,更在于對美觀與實用的完美融合。在電子化時代,建筑物防雷不僅是保護建筑本身,更是保障建筑內(nèi)人員和設備安全的重要措施。如今可以看到,雷電防護已逐漸成為一門藝術,在這些建筑中展現(xiàn)其獨特的魅力。

        中國氣象報社 出品

        策劃:王婉 文科 苗艷麗

        專家顧問:

        中國氣象科學研究院研究員、中國氣象局雷電野外科學試驗基地主任 呂偉濤

        中國氣象科學研究院副研究員 劉恒毅

        北京市氣象探測中心正研級高級工程師 李京校

        作者林禹彤 閆辰宇 王婉

        編輯:楊奧清 文科 丁繼武

        發(fā)布:姜虹

        審核段昊書 崔國輝

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