要获取这些数据,意味着科研人员必须要“捕捉”到它的踪迹。然而,自然闪电持续的时间很短,绝大多数不超过1秒,且发生的时间、位置都具有较大的随机性,很难开展近距离综合观测,闪电通道的电流等数据更是难以直接获取。
“人工引雷的特点是引发的闪电在时间上一定程度可预知、雷击位置可控、便于近距离观测,还可以直接获取闪电通道内的电流波形等数据。”吕伟涛表示,人工引雷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、雷电防护技术的探究与测试等提供了重要支撑。
“人工引雷也讲究天时地利人和。”吕伟涛告诉记者。
记者了解到,中国气象局雷电野外科学试验基地之所以建在广州从化,就在于其珠江三角洲闪电活动密度高值区的位置优势。每年五六月份,吕伟涛都会带领团队来到基地。
“依据气象部门的监测与预报,结合试验场实时监测地面电场的变化情况,来研判引雷时机。”吕伟涛介绍,当引雷试验场上方有雷暴云经过时,在合适的条件下,向上发射尾部拖曳金属导线的引雷火箭,快速上升的火箭会促使放电通道起始并向上发展入云,最终形成云地之间强烈的放电过程。
该雷电基地自2006年首次开展引雷试验至今,已成功触发闪电200余次。7月7日的两次引雷试验同样十分成功,雷击通道还被刚刚“落户”基地的闪电通道成像系统记录下来。
22岁的吴啸天首次参加野外试验。引雷成功后,他和小伙伴朱顺兴、梅吉、黄思莹兴奋地反复观看高速摄像机捕捉到的人工引雷影像:“很震撼,很激动,这是我们第一次近距离完整地看到人工引雷全过程。”
“要引来雷电,更要观测好、记录好相应数据。”吕伟涛告诉记者,工欲善其事,必先利其器。为此,他们自主研发了低频全闪探测阵列、闪电通道成像系统、闪电连续干涉仪等多项雷电探测新技术、新方法、新装备,可用于雷电监测与预警、雷电灾害调查与鉴定、雷电定位数据精度和效率评估、闪电通道特征分析及相关科研领域等,并在雷电发生发展物理过程及其机制方面取得了多项创新性发现。
不止是雷电领域,针对暴雨、台风等各种灾害天气,实验室不断发展观测技术和方法,在我国率先发展相控阵天气雷达、连续波云雷达、激光雷达等新型设备,为大型外场科学试验的开展提供了先进技术和探测设备,为我国雷达新技术在灾害天气监测和预报中的应用提供了技术支撑。
“也进一步加深了对灾害天气触发、演变机理的认识,提升了对灾害天气的监测预报能力。”梁旭东说。其中,自主研发的我国首部有源数字体制X波段相控阵天气雷达空间分辨率达到30米、时间分辨率达到90秒,实现了对暴雨、台风、冰雹、龙卷风等灾害天气更快速更精准的监测。
3 数值模式,让预警更有“数”
7月2日下午3时许,今年第3号台风“暹芭”以峰值强度登陆广东电白,成为今年首个登陆我国的台风,此后一路北上,给我国不少地方带来丰沛雨水。
事实上,在“暹芭”登陆之前,我国气象部门就已经给予它充分关注。
“‘暹芭’将以每小时10公里到15公里的速度向北偏西方向移动……7月2日至3日在海南岛东部至广东西部一带沿海登陆,登陆强度为热带风暴或强热带风暴级。”6月30日,“暹芭”升级为热带风暴,并正式获得命名。这是当日中央气象台对它的预报结论。
此后,气象部门又多次发布预报预警信息直至台风过境。之所以能够准确、及时把握登陆点以及登陆过程中的大风、降雨预报,背后有台风快速更新短临预报系统、台风区域同化和预报系统的一份功劳。
据介绍,在国家重点基础研究发展计划、国家重点研发计划等项目支撑下,灾害天气国家重点实验室联合国内其他单位,研发了这两个系统。
“台风区域同化和预报系统可提供高分辨率台风路径、强度、形势场、大风和降水等预报产品,为预报员分析和预报提供重要参考;台风快速更新短临预报系统实现了模式的逐小时快速更新循环同化,并首次将岸基雷达资料实时同化进入数值模式,提升了登陆台风精细化风雨预报能力。”据灾害天气国家重点实验室热带气旋研究团队人员介绍,这两个都是数值预报系统。
数值预报是当今气象业务中最关键最核心的技术手段,被称为气象事业的“芯片”。