蒋如斌　刘冬霞

“雷车动地电火明，急雨遂作盆盎倾。”陆游的诗句反映了人们自古以来对雷电现象的好奇与想象。对于雷电的认识、防护甚至未来的利用，至今仍是科学研究中的重要问题，而人工引雷则是解决这些问题的一个重要方法。

中国科学院大气物理研究所的雷电研究团队日前在海南省成功开展了人工引雷实验。值得一提的是，此次成功引发的雷电为正极性地闪，国际上一度认为正极性引雷是极难捕捉的。

海南人工引雷实验不仅验证了低纬度地区实现人工引雷的可行性，更奠定了低纬度雷暴系统和雷电特征研究实验基础，开启了我国低纬度地区人工引雷实验的新征程。

从用“风筝”到靠“火箭”

人工引雷，听上去是一件很炫很神秘的事情，但从某种意义上可以说，人类最早对雷电的科学认识就来自人工引雷。

我们熟知的18世纪科学家富兰克林所做的风筝实验，让人类第一次认识到，天上的雷电和地上的电流具有完全相同的性质。而本杰明·富兰克林正是通过金属丝拴的风筝，把天上的雷电引入莱顿瓶中，并通过各种电学实验，证明天上的雷电与人工摩擦产生的电具有完全相同的性质。可以说，这就是最早的人工引雷。

大规模的人工引雷实验开始于20世纪60年代。纽曼和布鲁克两位科学家最早提出了人工引雷的可能性——若将导线快速引入一定强度的电场中，就会产生放电现象。1967年，纽曼利用火箭拖带导线在美国成功实施了人工引雷。之后，法国、中国、日本、巴西等国家也相继引雷成功。

人工引雷地面装置。图片| 北京日报

中国的人工引雷实验始于20世纪70年代，中科院原兰州高原大气物理研究所于1977年首次利用土火箭人工引发雷电成功，1989年利用专用引雷火箭引雷成功，2005年第一次测到了微秒量级时间分辨率的回击电流波形，2008年成功研制了拥有自主知识产权的新一代人工引雷火箭系统。依托引雷实验，我国开展了多项科学性与应用性研究。可以说，凝聚了几代“雷电人”努力与探索的引雷火箭，为雷电科学事业的发展作出了举足轻重的贡献。

为什么要做人工引雷实验

从气象科学上来说，雷电（闪电）是强对流过程的特征性天气现象，虽然只发生在瞬间，却伴随着夺目的闪光、轰鸣的雷声，雷电现象不仅有可能干扰通信、电子系统，造成电力系统中断损坏，还会造成牲畜、人员伤亡，甚至会干扰铁路交通的正常运行，威胁空中飞行器安全，更严重的雷击灾害还包括森林火灾、油库大火、化工厂爆炸。

想要减弱并防止雷电带来的灾害，就必须对它进行深入的科学研究，充分理解雷电的产生机制和致灾机理。然而，考虑到自然闪电发生速度快、时间短，且位置随机性极强的特点，对它进行研究具有很大的困难。相较于自然闪电，人工引发雷电的发生时间和发生位置都处于实验的控制之下，便于实施科学观测和应用测试，这样一来，对于雷电发生发展机制的探索和对于雷电防护技术的研发就拥有了有力的手段。

人工引雷实验不仅为认识闪电发生、发展的物理本质提供了良好条件，而且为雷电防护的测试与评估提供了实验室无法模拟的真实雷击。开展人工引雷实验能够进行雷电放电的物理过程机理和电磁辐射效应研究。具体而言，可以进行雷电物理参数测量，比如进行自然雷电当中难以实现的雷电放电电流测量、近距离乃至极近距离电磁场测量、闪电产生高能辐射的测量以及通过多种测量手段揭示以前没有认识或者认识较为模糊的雷电放电新现象，厘清雷电的形成机理、发展传输特征。

人工引雷可定量開展雷击致灾机理研究和真实雷击条件下的雷击防护测试。以往，雷击防护设备的有效性测试主要通过实验室模拟放电来实现，但实验室的雷击测试很难同时构建自然雷电“高压”“大电流”特征，与真实雷击环境是有差别的。

人工引雷除了不能再现自然雷电的首次回击以外，其他放电过程与自然雷电是几乎相同的，即构建了自然雷暴天气条件下的真实雷击。由于位置已知，所以可以开展雷击致灾关键参量的测量并针对雷击防护设备或系统进行测试评估，比如为防雷技术方案的完善提供重要数据，特别是通信、电力、化工等行业的雷击敏感设施防护。

人工引雷实验是怎样进行的

自然闪电通常发生在雷暴云，即具有一定起电和雷电活动的对流活动旺盛的云中，这也是开展人工引雷作业的必要条件。通俗地讲，人工引雷就是把即将发生的自然雷电，提前几十到几百毫秒人为诱发到指定位置，使其在指定的时间和指定的地点发生。引雷的最好时机是自然雷电即将发生但尚未发生之时，引雷作业需要根据强对流天气实况、地面大气电场、自然雷电发生频率等信息，判断头顶雷暴云的起电状况，确定发射引雷火箭的时机，一般要求雷暴云的对流比较旺盛、起电相对剧烈。

中科院大气物理研究所正在进行人工引雷实验。图片| 北京日报