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大山里的“雷电捕手”
2021-09-15 08:54:43 来源:新京报 作者:聂辉
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  试验期间,雷电研究员都住在一公里远的村内。在较为简陋的村内公寓中,狭窄的房间里放置着两张硬板床,一张破旧的床头柜,柜角翘起。试验期间,科研人员无暇顾及做饭,公寓老板按人数为科研人员备饭。米饭、大锅炒青菜,配一道荤菜,成了科研人员的餐标。
 
  “轰隆隆”,滚滚的雷声由远而近。
 
  5月29日下午,在广州从化区水牛岭南麓的中国气象局雷电野外科学试验基地引雷试验场内,灾害天气国家重点实验室雷电团队的科研人员正密切关注着大气平均电场监控数据,等待发射人工引雷火箭的最好时机。
 
  “发射!”指令声一出,引雷火箭拖曳着钢丝,直射入空。一道亮眼的光柱瞬间刺破阴云密布的天空,如激光光束般射入地面,雷电研究团队的今年首次人工触发闪电成功实施。
 
  在这个大山里的试验基地,这些研究人员像一群经验老道的猎人,通过人工引雷,让飘忽不定的雷电,在特定的时间和特定的位置发生,用科学的途径分析和研究雷电的本来面目,寻找人类与雷电的相处之道。
 
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张阳(右一)指导科研人员安装调试电磁波检测设备。新京报记者 聂辉 摄
 
  “雷电猎人”
 
  从广州从化光联村出发,沿着乡间小道穿过茂盛的竹林和桉树林,到达引雷试验场。试验场位于水牛岭南麓的一片荒地中,一排集装箱搭建的房屋,就是雷电野外科学试验基地的控制室。试验场内,除了控制室外,最中心位置建有火箭发射平台,周边布置了气象观测平台、石化油罐和高压试验电路待测设备。
 
  5月22日,废弃农场改建的试验场内,荒草丛生。试验基地科研人员头戴草帽,皮肤被晒得红里透黑,除了都戴着厚厚的眼镜之外,其他都很普通,不仔细分辨,很容易被误认成常年耕种的农民。基地主要负责人张阳研究员站在草地中间,安排着日常的维护工作,测试设备、清除杂草等等。
 
  每年8月,引雷试验结束后,试验人员撤离基地,荒草迅速占领基地。引雷成不成,空中电场是关键,试验人员要从地面电场的情况,判断空中电场是否可以引雷。由于草地植被高低不平,影响试验场内电场分布,每年人工引雷试验开始前,都要先铲除基地内的杂草。
 
  在20平方米的控制室内,布设了多种测试测量设备,虽然唯一一台落地扇也调到了最大挡,仍难消除屋里的热气。为了测试设备是否响应信号,副研究员樊艳峰在屋外用简易放电装置(电蚊拍)放电,张阳在屋内检查调试检测设备,不到五分钟他们都已经满头大汗。
 
  每年引雷前,基地需要重新架设试验器材,调试仪器的灵敏度。试验人员托着一柄电蚊拍,用塑料柄的螺丝刀轻触蚊拍电网,发出噼啪的声响。张阳告诉新京报记者,使用电蚊拍放电,电流很小,是试验场内人工模拟的最小闪电,用来测试仪器的灵敏度。
 
  据张阳介绍,自然闪电具有高电压、大电流、强电磁辐射等特征,同时由于其发生的随机性,无法开展近距离的综合观测,也很难在试验室内模拟。人工触发闪电能够较为真实地模拟自然闪电,为雷击过程及其机理的研究、新型雷电探测技术的研发与测试,以及雷电防护技术的测试提供支持。
 
  从2005年开始,中国气象科学研究院灾害天气国家重点试验室联合中国气象局广州热带海洋气象研究所,在广州市从化区建立人工引雷试验基地,并于2006年开始,连续16个年头开展人工触发闪电试验,通过发射引雷火箭实施人工引雷,进行雷击机理综合观测研究和雷电防护技术试验。
 
  每年5月,广东地区进入雷雨季节,这些科研人员汇聚在从化雷电野外科学试验基地的人工引雷试验场,安装设备,开始为期四个月的雷电猎捕季。2021年,人工引雷试验场增建了一个新型人工引雷火箭发射平台,用来提高引雷火箭的发射能力和防雷测试能力。
 
  人工引雷火箭发射平台,圆形的绝缘子上方,50厘米长的玻璃钢引雷火箭放置在两根导轨之间,火箭蓝白相间,末端带着四个尾翼,尾部有缠满钢丝的线轴。钢丝的直径仅有0.1厘米,一端连着火箭,一段连着火箭发射平台上的金属引流杆。
 
  引雷火箭升空后,在200米左右的高度,雷电释放的一刹那,击中被上升火箭拉直的钢丝,闪电高压电流将钢丝瞬间气化,变成一道笔直的光,如激光光束般从空中射入地面,就像被捕获的一只自然“猛兽”,成为雷电研究的“标本”。
 
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  5月22日,引雷火箭的尾部缠满钢丝,钢丝直径只有0.1厘米。新京报记者 聂辉 摄
 
  “雷区”的生活
 
  在从化区太平镇高田村村民吴术超的印象里,雷电是远比猛兽更可怕的存在。
 
  6月23日,吴术超站在屋顶天台,指了指村内的一片民房,“很多家都被雷劈过”,他家的旧房也曾被雷劈掉一个檐角。
 
  高田村村民告诉新京报记者,今年五月初,村子里就出现了一次“晴天雷”,晴天里响起的霹雳,打在村西山坡上的桉树林。
 
  站在吴术超家的屋顶环视,高田村四周是低矮的山头,村庄被抱在山林之中,房舍旁偶尔冒出几棵挺拔的桉树。吴术超说,屋后山坡上的桉树林,经常成为雷电的袭击对象。广州高温雨水足,桉树生长快,树干往往高出周围的林木,也最容易遭受雷击。指着后山树林中冒出的信号塔,吴术超描述着闪电击中信号塔的情景,爆炸声伴随着火光,“就跟战争片里的炸弹一样”。
 
  广州气象局的资料显示,从化是全国有名的雷电高发区域。吴术超没有统计过从化区上空每年打多少次雷,有过多少次闪电,但在他的印象中,高田村是从化的“雷区”,夏天里每周甚至会有三四天的雷雨天。
 
  吴术超记得,上世纪九十年代,为了接收清晰的电视信号,村里的很多屋顶上竖起了鱼骨天线,一根竹竿挑着铝制天线伸向空中。天线搭设的越高,接收的信号越稳定,但电视机也越容易遭受雷击。吴术超家就曾有两台电视先后遭受雷击。
 
  随着雷电防护知识宣传加强,雷雨天拔掉电视插座,成为吴术超记忆中最直接的避雷方式。但随着家用电器越来越多,雷击事件发生的次数并未减少。
 
  吴术超从小就知道雷雨天避免到高大树木下躲雨,但从未想到雷电会在晴天击中自己的亲人:叔叔吴炳文上山查看荔枝收成时,遭雷击身亡。
 
  吴术超是最早上山救叔叔吴炳文的,他清楚记得四年前的那场雷击发生的情景。2017年6月3日,吴术超吃过午饭坐在门前荔枝树下乘凉,天气闷热但尚未下雨。“突然一声炸雷,感觉离得特别近”,吴术超回忆时称,自己感觉到头上的树枝晃动。他起身回屋,就接到邻居的电话,叔叔在山上被雷电击中。吴术超赶到山上时,吴炳文全身烧焦,只剩下最后一口气。
 
  据和吴炳文同行的村民老谢介绍,两人下山时并未下雨,云层还未遮住太阳。吴炳文跟在老谢身后,两人相距十米左右。老谢听到身后一声霹雳,回头一看,吴炳文已经倒在地上,距离旁边的桉树还有一米。
 
  吴术超称,闪电未击中树干,只打落了一些树叶,事发后不久树就枯死了。“说不清闪电是怎么下来的。”吴术超多次到现场查看,都不明白为什么晴天会打雷,为什么闪电没击中树却打中走在旁边的吴炳文,身边的老谢也安然无事。后来,科研人员也分析了此次雷击事件,认为该次雷击由晴天霹雳引起。
 
  闪电伤人,在从化区并不是新鲜事。从化区气象局刘挥介绍说,近五年来,从化区每年都有雷电伤人事故发生,有农民在田间耕种时遭雷击身亡,有工人在工地遭雷击受伤,有驴友在山上被雷电击中。但由于闪电伤人属于偶发的自然现象,很少有伤者及家属主动上报,“有很多人迷信,认为遭到雷击属于不光彩的事。”
 
  江浦消防救援站站长陆一曾参与救援因雷击被困的人员。2019年9月,一名驴友在鸡枕山顶被闪电击中,腹部和脚部大面积烧伤。陆一和消防队员轮流用担架将伤者搬运下山,救援时叮嘱消防队员避免在树下行走。
 
  叔叔遭雷击身亡带来的阴影至今未散。2020年,吴术超翻新房子,特意在屋顶加装了避雷针。和吴术超同龄的年轻人,在翻新房屋时,三层以上的楼房都开始安装避雷针。
 
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  5月22日,张阳介绍引雷火箭的构成,在火箭的下方,有一个火箭激发装置。新京报记者 聂辉摄
 
  “危险”并非来自雷电
 
  “捕捉”雷电,首先要做的就是保护好“猎手”。
 
  为保护试验人员野外引雷时的安全,试验室是雷电试验团队自己设计的金属方舱,具有良好的接地性。作为法拉第笼,金属方舱即使被雷击中,里面的人也是安全的。基地内有严格的规章制度和操作规范,野外引雷试验期间,所有试验人员都要在试验室内,在保证安全的情况下才会到场地内做设备检测和维护。从2005年开展引雷试验以来,还从来没有基地人员因雷电受伤。
 
  “蚊子,红蚂蚁,是最可怕的。”相比令人敬畏的闪电,基地试验人员感受到的最大“危险”,是试验场内最不起眼的小动物。5月22日下午,张阳在试验室指导安装设备时,窗台上不时有蚂蚁和黄蜂爬过,“虫子特别多,身上被叮一下,好几天都消不下去”。
 
  花露水成了研究人员野外试验的必备药品。张阳称,草地里还藏着带刺的含羞草,皮肤碰到就会红肿瘙痒,试验人员进入基地都要穿长裤,炎热的夏天,更添闷热。
 
  试验期间,雷电研究员都住在一公里远的村内。在较为简陋的村内公寓中,狭窄的房间里放置着两张硬板床,一张破旧的床头柜,柜角翘起。试验期间,科研人员无暇顾及吃饭,公寓老板按人数为科研人员备饭。米饭、大锅炒青菜,配一道荤菜,成了科研人员的餐标。
 
  “村里最熟的就是小卖铺”,科研人员称,有时候不想吃公寓的“盒饭”,宁愿自己买方便面。张阳研究员说,饭菜口味一般但都能吃饱,开展试验的最初几年,条件比现在差多了,基地附近没有住处,科研人员只能借住在从化区气象局,开车也要半个小时。
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  火箭引雷
 
  5月29日下午,水牛岭南麓的试验基地内,樊艳峰躬身盯着电脑上的电磁监控数据,等待发射人工引雷火箭的最好时机,以便及时喊出“3、2、1”的准备指令。
 
  从下午两点开始,这些试验人员就开始留意从化区上空聚集的雷雨云,从广州从化区的上空移动,聚拢在雷电野外试验基地的上空,基地的气压不断上升。
 
  这是今年的第一次试验,既是一次人工引雷的时机,对今年刚搭建好的设备也是一次检测。所有试验人员到基地集合,检查调试设备,准备迎接今年的第一次引落地面的闪电。
 
  关闭玻璃窗,断掉电源,试验室内的落地扇扇叶逐渐停止转动。研究人员随后启动备用发电机,启用设备供电专线。试验室内陷入静默,温度逐渐上升,监测屏幕上的电场曲线持续上升。
 
  各个设备操作员的手指按上发射键,记录员盯着监控屏幕,等待樊艳峰发出指令。他们就像一群等候猎物出现的老猎手,屏气凝神,准备击发引雷火箭捕获闪电。
 
  雷电是云团的一次放电过程,单次雷电不过数秒,放电后大气重新聚集电场,引雷火箭要在两次雷电发生的缝隙之间发射,必须赶在第一次雷电释放完、新雷电形成但尚未放电时。要想成功引雷,时机要按照毫秒计算。发射时机靠研究员根据经验预判。早一秒雷电尚未形成,晚一秒云团释放完电量,也就无雷可引。樊艳峰称,有时候,眼睛盯着电磁变化,天空就亮起一道闪电,一次发射窗口就错过了,“3、2、1”的口号之后,“发射”变成了“取消”。
 
  试验场上空雷雨云聚集,地面电场逐渐上升。试验员静默在监控屏幕前,等着火箭上空的一刹那。“发射!”随着樊艳峰指令声一出,引雷火箭拖着钢丝,直射入空。一道亮眼的光柱瞬间刺破阴云密布的天空,如激光光束般射入地面,研究团队今年首次人工触发闪电成功实施。
 
  闪电触发的高度一般在两三百米左右,从火箭发射到触发闪电,虽然只有两秒的时间,但心理上的等待时间格外漫长,“那时候会觉得特别漫长,就想着怎么还没上去。”樊艳峰说,如果火箭未激发闪电,就意味着一次引雷失败,浪费了一颗引雷火箭。引雷火箭都是专门定制的,每颗造价3000多元。更主要的是,引雷失败就错过了一次引雷时机。
 
  张阳向新京报记者介绍,近年来基地引雷技术已经取得了很大进步。在引雷试验刚开始时,我国曾使用防雹火箭改进的铁质引雷火箭,但引雷成功率只有百分之二三十。后来一度引进美国的纸质外壳填充火药筒的引雷火箭,但是引进过程较为困难。2010年之后,我国大气物理所改进研发了玻璃钢外壳的引雷火箭,成为中国雷电界的主要引雷火箭。
 
  目前我国的人工引雷技术已经达到了国际先进水平,年成功率最高达到百分之八十。曾经单次雷暴过程中,发射11枚火箭,成功引雷10次的最高记录。人工引雷试验基地自建立以来,截至目前,已成功引雷190多次。
 
  张阳向新京报记者介绍,试验人员在发射平台装置了电流直接测量装置,将电流通过同轴分流器产生的信号,通过光纤传输到控制室进行采集记录,成为研究雷电的最重要数据。同时,布置了多种遥测装置,获得触发闪电发生时的空间电磁场。雷电团队探测小组研发了多种定位装置,遥感定位雷电发生的通道。通过对这些数据进行分析,研究雷击发生原理、过程,为电力、气象、石化、交通等多领域提供雷电防护测试方案。
 
  闪电在空中一直以不规则的形状出现,作为不可抗拒的自然力量的象征。但在雷电野外试验基地,它被驯服成一束光柱直落地面。每年人工引雷的短视频和画面,都会引起网友讨论。
 
  人工引雷试验,也是吴术超口中的“网红”。他不了解引雷的具体流程,但想着能把雷从天上引下来,就意味着可以减少雷电的威胁。吴术超期待着,这些“科学家”能找到新方法,引走笼罩在村子上空的闪电和乌云。
 
  新京报记者 聂辉 
责任编辑:李佩蔺
关键词: 雷电研究院
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