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摘 要:人工引雷技术使得自然界不可控制的雷电变得可以监测,使得雷电可以在一定的环境,一定的场地安排下发生,从而有利于科学家利用仪器对雷电进行集中分析和测量,从而分析出放电类型,影响放电的因素,以及森林起火更加全面的条件.
关键词:人工引雷 森林防火
中图分类号:S762.3 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2010)12(b)-0237-01
闪电打雷是一种常见的自然现象,特别是在夏天,这种自然现象表现的更为明显.近几年频发的森林大火(大兴安岭北部的原始森林以及美国的黄石公园森林大火)和雷电伤人事故,使得人们看清了雷电的威力.雷电是一种及其复杂的大气现象,在发生雷电天气的一瞬间,形成强大的电流,很高的温度,强烈的冲击波以及极强的电磁辐射等,这些都对人类的以及我们的生存环境带来了极强的危害性.但是雷电的发生往往在一瞬间,随机性以及时间和空间的性非常强,人们很难做到对其去预防和控制.除此以外,虽然我们可以在高压实验室中进行长时间的火花放电进行雷电的模拟,但是我们却很难模拟出自然界雷电发生时的气候条件,比如说云雾的产生,放电的通道以及几何尺度等等.正是因为这些我们无法近距离的观察,所以这些年来,人们虽然对对雷电在进行研究,但是一直难以深入下去.因此,对雷击的防火进行控制也无从谈起.而人工引雷技术却可以使闪电在控制的时间和空间内发生,这样就对雷电的物理研究开辟了一条新的途径,对雷击引燃的原理也提供了一个有效的监测手段.
1.人工引雷技术的历史发展
发现雷电的鼻祖富兰克林就通过注明的风筝试验证实了雷电中具有与实验室中摩擦产生的同一种电荷.他当时就在打雷的天气牵一根铁丝为导线的风筝进行放飞,从而得出来的结论.而这个试验,我们可以认为,这就是人工引雷技术的原型.同时,在20世纪60年代,美国的langmuir 实验室就做个一个气球试验,即在雷暴的天气,放飞一个接地的金属导线气球,从而希望引发闪电.这是试验最终失败,其原因是在雷暴产生时,处于一种强电场之中,金属的尖端会产生大量的电晕例子包围在尖端周围,从而限制了局部电场的进一步增强.而在1967年,美国的Newman等人在雷电天气,运用带有接地导线的小火箭,成功的引发了闪电.从而拉开了人类对引雷技术的研究.
2.人工引雷技术的原理介绍
目前采用的人工引雷技术就是延用了Newman的小火箭接地方法,即在雷暴的天气,当电场强度达到一定强度的时候,发射拖带直径为0.2mm的金属丝,然后以150m/s 左右的速度升到800米的高度,环境的电场强度瞬间增高,由于金属丝对电场的局部增强作用,导线下端的电场强度就发生电击穿.以电子雪崩的方式向上向下传导.下行通过金属丝到达地面,上行讲进入云层当中,从而形成电流通路.这就是引雷得基本原理和方法.
这种人工引发的闪电在一定条件下具有双向发生和发展的可能性.根据实践,如果环境条件合适,比如说当电场强度达到一定的程度时,火箭有可能没有必要上升到800m的高度,只要500m的高度就能触发闪电.在雷暴天气中引发闪电,并不是简单的在雷暴天气中,利用上行云层的放电和下行大地放电短路产生的雷电,因为火箭顶端的金属离云层还有很大的距离.而是通过初始先导的连续击穿作用,使得连续累积后,在云层和大地之间开辟了一条电路通道.
3.人工引雷技术的场地布局
在实验室场地设有两个主要观测点,一个较近,一个较远,从而来测量雷电产生的电场强度,磁场强度,以及发光等.近距离观测点一般安排在火箭发射控制室的附件,在发射火箭的几十米内,远距离观测点安排在火箭发射架几百米以上(在火箭的发射高度以上).这样在引雷电荷主观测点都可以监测到雷电发生时的各种数据,一般的照相设备都用照相机,摄像机等.场地的中间设置引流杆和法拉第屏蔽笼,这样可以更加可靠和准确的吸引所引发的闪电.在法拉第屏蔽笼的附件,设置了多个火箭发射点,从而保证了在一次雷暴发生的时候,可以同时发射多个火箭来引发雷电.
4.人工引雷技术在森林防火中的应用
森林在雷电天气中起火,一般都是因为地闪电流异常强大.从而引发了森林火灾.从20世纪70年论文范文始,就相继展开了一些类的自然雷电的电流测量和引流工作,比如说一开始,瑞士的科学家,在两座距离400米的塔顶安放电流测量装置,从而测得电流,这一方法随即被推广开来,相继在南非,德国,意大利,加拿大,日本等国开始展开,但是由于闪电发生的随性和瞬间性,使得这项测量工作仍然存在很大的难度.到目前为止,我国在这方面的进展任然没有突破性的进展.
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通过模拟自然界得闪电,人工引发闪电为人类研究闪电的成因和雷电的测量提供了很大的帮助.为雷电天气森林起火的研究起到了很好的依据.雷击起火是闪电产生是,云层和大地产生的电流通路,产生短路.从而电流产生热量而导致森林起火.森林特别是原始森林,有一部分树木的含水量一般都比较的低,处于老死枯萎的状态,此时,回击电流达到一定的强度后产生热量,从而引发起火.当然在这个过程中,起火的概率和电击的连续性和电击的时间成正比.
人工引雷技术使得自然界不可控制的雷电变得可以监测,使得雷电可以在一定的环境,一定的场地安排下发生,从而有利于科学家利用仪器对雷电进行集中分析和测量,从而分析出放电类型,影响放电的因素,以及森林起火更加全面的条件.对雷电引燃森林起火的全过程进行模拟分析,从而建立雷击起火的数学模型,为后续解决雷击引燃提供研究条件.
在我国东北部的原始森林里,有很多珍贵的资源,在这些地方,自然保护去以及消防力量很难达到相应的力度.所以这些地区,可以使用人工引雷作为闪电拦截措施,这一措施的原理是通过人工闪电触发云层中的高能量,从而释放到地面,以减少闪电发生时地闪的强度,从而避免了森林起火.
5.结语
人工引雷技术为模拟自然雷电提供了一个非常真实的雷电模拟环境,从而可以对雷电进行全方位的分析和测量,揭示了雷电与地面可燃物的触发的全过程.对雷击防火技术研究和发展提供了重要的依据,同时人工引雷技术在拦截移动雷暴等方面也有着不可估量的前景.这对于我们应用自然,研究自然有很大的帮助.
参考文献
[1]王道洪,郄秀书,郭昌明.雷电与人工引雷［M］.上海:上海交通大学出版社,1999．
[2]樊灵孟,何宏明,钟定珠,等.人工引雷试验中雷电流测量分析［J］.高电压技术,2000,26(4):50～52．
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