介紹雷電的產(chǎn)生原理、監測方法、預防措施及其在生產(chǎn)生活中的的研究意義。

　　雷電，是伴有閃電和雷鳴的一種雄偉壯觀(guān)而又有點(diǎn)令人生畏的自然現象。雷電災害是“聯(lián)合國國際減災十年”公布的最嚴重的十種自然災害之一。全世界平均每分鐘發(fā)生雷暴二千次，每年因雷擊造成的人員傷亡超過(guò)一萬(wàn)人，導致火災、爆炸、信息系統癱瘓等事故頻繁發(fā)生，每年因雷擊造成的直接經(jīng)濟損失達20億美元以上。

　　我國是雷電高發(fā)的國家之一，每年遭受雷電都會(huì )生成人員的傷亡和經(jīng)濟損失。

　　雷電的發(fā)生有明顯的季節性，一年四季均有發(fā)生，但多出現在夏季。

　　當人類(lèi)社會(huì )進(jìn)入電子信息時(shí)代后，受災行業(yè)面從電力、建筑這兩個(gè)傳統領(lǐng)域擴展到幾乎所有行業(yè)，特點(diǎn)是與高新技術(shù)關(guān)系最密切的領(lǐng)域，如航天航空、國防、郵電通信、電子工業(yè)、石油化工等。

　　提高對雷電災害的認識、加強對雷電及防雷措施的研究、以及建立雷電監測及預報系統都是亟待解決的問(wèn)題，許多學(xué)者和科學(xué)家都在致力于雷電監測和防護的研究，無(wú)論是從雷電產(chǎn)生原理上還是雷電監測預警和防護儀器設備上都取得了明顯的成效。

　　一、雷電產(chǎn)生的原理

　　雷電是一種大氣中規模巨大的火花放電現象，主要產(chǎn)生于積雨云中。積雨云（也稱(chēng)雷雨云）是一種在強烈垂直對流過(guò)程中形成的云。因此雷電常伴有強烈的陣風(fēng)和暴雨，有時(shí)還伴有冰雹和龍卷。

　　由于地面吸收太陽(yáng)的輻射熱量遠大于空氣層，白天地面溫度升高較多，夏日這種升溫更為明顯，近地面的大氣的溫度由于熱傳導和熱輻射也跟著(zhù)升高，氣體溫度升高必然膨脹，密度減小，壓強也隨著(zhù)降低，就要上升，上方的空氣層密度相對說(shuō)來(lái)就較大，就要下沉。熱氣流在上升過(guò)程中膨脹降壓，同時(shí)與高空低溫空氣進(jìn)行熱交換，于是上升氣團中的水汽凝結而出現霧滴，就形成了云。積雨云形成過(guò)程中，在大氣電場(chǎng)以及溫差起電效應、摩擦起電效應等原因的同時(shí)作用下，就會(huì )使得某些云團帶正電荷，某些云團帶負電荷。在靜電感應的作用下，他們使大地地面或建筑物表面產(chǎn)生異性電荷，從而使得這些云團與云團之間、云團與大地或云團與建筑物就形成了一個(gè)大的電容器，當電荷積累到一定程度時(shí)，不同云團之間、或者云與大地之間的電場(chǎng)強度可以擊穿空氣，開(kāi)始游離放電，稱(chēng)之為“先導放電”。云對地的先導放電是云向地面跳躍式逐漸發(fā)展的，當到達地面（或地面上的建筑物、架空輸電線(xiàn)）時(shí)，便會(huì )產(chǎn)生由地面向云團的逆導主放電，在主放電階段里，由于異性電荷的劇烈中和，會(huì )出現很大的電流，電流做功的結果，可使電流通過(guò)地方的氣體瞬間溫度急劇升高到30000攝氏度左右，這比太陽(yáng)表面的溫度還要高從而呈現強烈的火光！閃電的平均電流是3萬(wàn)安培，最大電流可達30萬(wàn)安培。閃電的電壓很高，約為1億至10億伏特。一個(gè)中等強度雷暴的功率可達一千萬(wàn)瓦，相當于一座小型核電站的輸出功率。放電過(guò)程中，由于閃道中溫度驟增，使空氣體積急劇膨脹，形成爆炸的沖擊波，爆炸時(shí)產(chǎn)生的聲音就是轟隆的雷聲。

　　二、雷電的分類(lèi)

　　按照雷云對地放電的方式可分為直擊雷、感應雷和球雷等，最常見(jiàn)的是直擊雷和感應雷。

　　直擊雷是帶電積雨云接近地面至一定程度時(shí)，與地面目標之間的強烈放電。直擊雷的每次放電含有先導放電、主放電、余光三個(gè)階段。

　　感應雷也稱(chēng)作雷電感應，分為靜電感應雷和電磁感應雷。靜電感應雷是由于帶電積云在架空線(xiàn)路導線(xiàn)或其他導電凸出物頂部感應出大量電荷，在帶電積云與其他客體放電后，感應電荷失去束縛，以大電流、高電壓沖擊波的形式，沿線(xiàn)路導線(xiàn)或導電凸出物的傳播。

　　球形雷是雷電放電時(shí)形成的發(fā)紅光，橙光、自光或其他顏色光的火球。從電學(xué)角度考慮，球形雷是一團處在特殊狀態(tài)下的帶電氣體。

　　三、雷電監測預警方法

　　雷電監測系統通過(guò)對閃電回擊輻射的聲、光、電磁場(chǎng)信息的測量和分析，進(jìn)而確定閃電放電的空間位置和放電參數。

　　云閃和云地閃發(fā)生時(shí)輻射頻譜范圍極大的電磁場(chǎng)，在初始擊穿和通道建立過(guò)程中（對應先導和流光過(guò)程）主要產(chǎn)生甚高頻輻射VHF（veryHighFrequency），當在電離后的通道中產(chǎn)生強電流時(shí)（對應云地閃回擊過(guò)程和云間活動(dòng)態(tài)）主要產(chǎn)生低頻輻射LF（LowFrequency）和甚低頻輻射VLF（veryLowFrequency）。在地一電離層波導中，VHF以射線(xiàn)方式傳播，輻射范圍較小，一般為百公里量級。LF/vLF以地波方式傳播，可以傳播到較大的范圍，一般為千公里以?xún)�，特別是VLF借助于電離層的反射可以傳播到很遠的地方（數千公里），甚至全球。因此可以在不同的距離上，采用不同的頻帶探測閃電過(guò)程。另外，閃電發(fā)生時(shí)還輻射很強的可見(jiàn)光，可以在空間利用衛星探測；閃電通道的電離和空氣的膨脹產(chǎn)生隆隆雷聲，還可以用聲學(xué)傳感器探測。

　　閃電定位系統是用于閃電測量和預警的新型探測設備。進(jìn)入90年代，由于GPS技術(shù)的使用，雷電監測在測向系統的基礎上增加GPS，形成時(shí)差測向混合系統，同時(shí)采用數字波形處理技術(shù)（DsP），對波形作相關(guān)性分析、定位處理，使雷電定位精度和探測效率都有明顯提高。近年來(lái)則通過(guò)以雙曲時(shí)差技術(shù)為主，輔以磁方向定向算法、定向時(shí)差的混合交匯算法進(jìn)行，這種方法不僅可探測每一個(gè)閃電回擊，而且定位的精度也明顯提高。

　　目前廣泛應用的雷電定位系統，主要有磁方向定位、時(shí)差定位和時(shí)差測向混合定位。其中，混合定位系統同時(shí)利用各探測子站探測閃電回擊發(fā)生的方位角和回擊電磁脈沖到達的精確時(shí)間等數據，采用多站方位匯交和到達時(shí)間差綜合算法進(jìn)行定位，它比單獨使用測向定位或時(shí)差定位的定位精度要高[2-3].目前單純使用單磁定向的技術(shù)已不多見(jiàn)[1，4].

　　四、雷電防護措施

　　雷電具有電流大、電壓高、沖擊性強等特點(diǎn)，產(chǎn)生電性質(zhì)、熱性質(zhì)和機械性質(zhì)等三方面的破壞作用。雷電的破壞效應主要體現為：

　　1、對人體的生理效應，可致人死亡。

　　2、電動(dòng)力效應，雷電流峰值大，作用時(shí)間短，造成的電動(dòng)力很大，導致電氣設備損壞。

　　3、沖擊波效應，雷電回擊的瞬時(shí)溫度和氣壓均很高，巨大的瞬時(shí)功率可產(chǎn)生爆炸式的沖擊波。

　　4、熱效應和機械效應，雷電電流峰值很高，能產(chǎn)生局部瞬時(shí)高溫，容易使樹(shù)

　　雷電防護主要通過(guò)合理，有效的手段將雷電流的能量盡可能安全地引入大地，防止其進(jìn)入被保護的建筑物、構筑物等被保護設施。建筑物、構筑物直擊雷的防護已經(jīng)是一個(gè)很早就被重視的問(wèn)題�，F在的防護手段基本采用有效的避雷針、避雷帶或避雷網(wǎng)作為接閃器，通過(guò)引下線(xiàn)使直擊雷能量瀉放入地。

　　雷雨天氣，人、畜應避免在空曠日高處站立或行走。如有條件可以進(jìn)入有寬大金屬構架或有防雷設施的建筑物、以及汽車(chē)、船只內。避雨時(shí)，還應注意腳下地面的干燥程度，盡量站在離墻壁、樹(shù)干8m～10m以外的地方，以防止發(fā)生跨步電壓電擊事故。如遇緊急情況，處于跨步電壓區域內的人應盡量靠攏兩腳，不要隨意行走，以減輕跨步電壓的傷害。

　　五、雷電研究的意義

　　對雷電進(jìn)行研究除了可以進(jìn)行正常的雷電預警和預報外，還可以應用到廣泛的災害性天氣預報、電力系統防護、森林火警以及民航、空間發(fā)射等領(lǐng)域。

　　總之，隨著(zhù)人類(lèi)社會(huì )的發(fā)展，充分認識到現代雷電防護的重要性、迫切性和復雜性，進(jìn)行深入而全面地雷電研究，來(lái)進(jìn)一步提高人類(lèi)對雷災防御的綜合能力。

　　參考文獻：

　　[1]吳翠紅，左申正，萬(wàn)玉發(fā)，閃電定位系統布網(wǎng)方案設計的技術(shù)探討[J]，氣象，2002，28（6）：9-13

　　[2]馮桂力，雷電監測和雷電數據的應用[J]，山東氣象，2002，22（2）：25-27

　　[3]黃朝軍淺析雷電的形成機理及預防[J]科技信息，2007，25：P9

　　[4]淺談雷電災害及雷電預防，防雷中國