作者:蒋如斌 来源: 中国科学报 发布时间:2022-9-26
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遇强对流天气,小心“引雷上身”

 

■蒋如斌

9月20日,印度东北部比哈尔邦有21人遭雷击身亡,死者多为在田里干活的农民。

每年6月至9月是印度季风雨季,雷电天气频发,雷击造成伤亡时有发生。今年6月和7月,比哈尔邦已有数十人因雷击死亡。

8月底,我国云南丽江新郎拍摄婚纱照、安徽芜湖市民跳广场舞时,皆遭遇雷击遇难,引起了社会公众对雷电的关注和讨论。

实际上,正确认识雷电的形成、发生原理,提高防范意识非常必要。

雷电是什么?雷击如何发生?

雷电也称闪电,是发生在强对流天气过程中的剧烈大气放电现象,通常可分为地闪和云闪。顾名思义,地闪是击中地面的闪电,而云闪则是只在云内外发展未击中地面的闪电。

地闪过程中,云层和大地之间剧烈放电,电流最强可达几万安培,通道温度高达上万摄氏度,是致人死亡,引发森林火灾、油库爆炸、建筑物损毁、电力和通信中断、信息系统瘫痪等一系列事故的罪魁祸首。

雷电的发生依赖于强对流天气系统,因此多出现于对流活动频发的汛期,在我国南方,主要是5月到9月,在我国北方,主要是6月到8月。通常而言,降水充沛地区的雷电活动要多于降水稀缺地区,我国的雷电活动大体呈现东南沿海多、西北内陆少的分布特征。

气象上,将一天之内发生了雷电、可听到雷声计为一个雷暴日,我国广东、海南等地,年雷暴日数可达60天到80天,我国北方如华北平原,年雷暴日数在30天左右。统计表明,海口、广州、拉萨年雷暴日数最多。

前面提到,雷电依赖于成云致雨的强对流天气过程,深厚的强对流云团携带着大量的电荷,雷电正是来源于此。

绝大多数雷电,从开始到结束,持续时间不足1秒钟,而它的速度为104~108米/秒。

有研究表明,地闪中,当向下发展的放电通道开始形成,它往往能在0.1秒甚至更短时间内就击中地面,这对于人类而言仅仅是一瞬间。在这短暂的过程中,雷电通道呈现树枝状的形态,蜿蜒分叉地向下发展,但基于人类目前的认知水平,还没有能力准确预知雷电通道蜿蜒分叉发展的路径。

当向下发展的雷电通道足够靠近地面时,例如,与地面高耸物体或者金属尖端的距离只有几十米时,就会在这些物体的顶端激发向上的放电通道。此时距离雷击的发生就只剩不足万分之一秒了:雷电向下的放电通道,与地面物体顶端向上的放电通道相互吸引、快速靠近,最终发生连接。在这一瞬间,雷电完成了与地面物体的亲密接触,其巨大的破坏力也正是在这一瞬间释放。

如何开展雷电研究?

雷电还存在很多未知,那么,科学家是如何开展雷电研究的呢?

雷电伴随声、光、电、磁等物理现象,可通过探测这些现象来了解雷电。雷电放电产生的电磁场覆盖很宽的频段,从无线电射频到微波、可见光,再到X射线、γ射线等。

因此,可以布置不同频段的电磁天线来接收雷电信号,这些雷电信号既可用于分析雷电放电机理,又可通过多个测站组网对雷电进行定位,反演确定雷电事件的发生时间、位置等信息。雷电定位系统是获得雷电活动资料的重要基础,也是进行雷电监测预警的重要手段。

同时,人们可以利用高速摄像机等设备,每秒钟拍摄几万甚至几十万帧图像,来获得雷电通道快速发展传输的宏、微观特征。

此外,人工引雷也是研究雷电的重要途径:通过向起电的雷雨云发射拖带金属导线的专用小火箭,上升至200~400米高度时,就能成功引发雷电。基于此,可以提前布置一系列设备对其进行探测和记录。

雷电的物理过程和雷击伤害防御

直率地说,根据雷击发生的物理过程,避雷针应该称为“引雷针”更加合适。它实际上是通过比周围物体更早地形成向上的放电通道——率先与雷电向下的放电通道发生连接,而将雷电“引”到自己身上,从而保护周围一定范围内的物体免遭雷击。

当然,并不是把雷“引”过来就大功告成了,避雷针通过与大地良好连接,最终将雷电的能量向大地泄放。如果避雷针接地不良,雷电被“引”过来后无法顺利泄放,雷电能量反而会导致不同程度的雷电灾害。

由于雷击电流巨大,所以我们必须避免接触避雷针及其接地引下线,否则将有触电危险。同样道理,在一定范围内,高耸的大树、铁塔、路灯或广告牌等在雷雨天气时遭受雷击的概率是比较高的,在这些物体或设施下避雨、停留,显然是比较危险的。

前面提到,研究已经明确了雷电发生在强对流天气中,尽管我们还无法准确预知每次雷电的通道究竟如何形成与发展,但是,根据强对流天气预报,我们是可以对雷电灾害进行预警的。此时,应做好提前规划,取消雷雨时的户外活动。

如果确实在户外突然遭遇了雷雨天气,该如何保护自己免遭雷击伤害呢?

在笔者看来,最优的选择是“躲避”。应马上停止户外活动,尽快进入防雷接地良好的钢筋混凝土楼房内,或者就近进入汽车内。

在避免靠近高耸物体的前提下,尽一切可能缩短自己在雷雨云下暴露、停留的时间,才能最大限度降低遭受雷击的概率。

特别注意,一些没有接地引下设施的孤立房屋,虽然可以躲雨,但对于雷电而言并没有防护能力,雷雨天气时不要在其中停留。

万一遇到周围一定范围内无处可躲的情况,又该怎么办?笔者认为,方案仍然是尽快找地方“躲”,即便远,跑到安全地带也比停留在雷雨地无助等待好。这种情况可能出现于诸如徒步于广袤的草原、在不通车的森林或山区进行科考等。

为了避免遇险,这些活动进行之前或过程中,应及时掌握天气动态,无论以何种渠道收到强对流天气预报,都应立即做出计划和行程调整,确保安全。

近年来,虫草资源的开发利用逐渐升温,由于虫草一般是在夏季由人工采挖,采挖人员时常遭遇雷雨,而山上荒野恰恰缺乏防雷躲避场所,虫草采挖过程中的雷击事故偶有发生,这给我们敲响了警钟。

对此,不但要加强虫草采挖人员的防雷安全意识教育,而且要加强山区强对流天气预报和雷电灾害预警能力建设,建立专门的预警预报系统并及时将信息定向传达给虫草采挖人员。在虫草采挖山区的空旷区域,也应有针对性地搭建可以防御雷击的建筑物,以供紧急避险。

(作者系中科院大气物理研究所研究员)

《中国科学报》 (2022-09-26 第3版 综合)
 
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