動態(tài)與觀點
近日，河北張家口、承德、唐山、秦皇島以及貴州貴陽等地分別發(fā)布雷電黃色預(yù)警，引起人們的關(guān)注。為避免雷電災(zāi)害造成人員傷亡、財產(chǎn)損失，我國已出臺了《氣象災(zāi)害防御條例》，中國氣象局發(fā)布了《防雷裝置設(shè)計審核和竣工驗收規(guī)定》《防雷減災(zāi)管理辦法》等法規(guī)，推動雷電災(zāi)害防御工作快速發(fā)展。
“雷電防護半點都不能放松。”北京市氣象局雷電科學(xué)防護技術(shù)團隊專注于雷電領(lǐng)域研究，不斷研發(fā)防雷技術(shù)，取得了多項知識產(chǎn)權(quán)。該團隊工程團組負(fù)責(zé)人張仲剛剛結(jié)束了對500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡FAST（中國“天眼”）防雷系統(tǒng)的維護工作，專門安排時間接受了中國知識產(chǎn)權(quán)報的獨家采訪。
專注基礎(chǔ)研究
上世紀(jì)90年代，北京市氣象局成立了專門的防雷團隊，至今已經(jīng)發(fā)展近30年。目前，該團隊已經(jīng)形成雷電基礎(chǔ)科學(xué)與災(zāi)害應(yīng)用、防雷工程設(shè)計與實施、實驗室雷電物理應(yīng)用、防雷裝置檢測及測量技術(shù)四個研究團組以及一個科普宣傳團組。
雷電是如何形成的？在多年的研究探索中，這個問題一直困擾著張仲團隊?！傲私饫纂姍C理，有助于我們進行雷電防護的研發(fā)探索。”在這一思想的指導(dǎo)下，張仲團隊不僅查閱國內(nèi)國外關(guān)于雷電機理的各種資料，還聯(lián)合中國科學(xué)院大氣物理研究所、中國氣象科學(xué)研究院相關(guān)團隊交流研究，進行學(xué)術(shù)探討，關(guān)注引雷實驗中閃電放電過程中的各項數(shù)據(jù)。
“以前，我們認(rèn)為閃電、雷電就是電，存在電、熱、機械力效應(yīng)，具有高電壓、大電流等特點。如今，經(jīng)過多年的研究，我們不僅知道了雷電產(chǎn)生的電流本身有一定的頻率，還了解到雷電放電過程中會產(chǎn)生化學(xué)、生命科學(xué)等方面的問題，甚至有可能促進農(nóng)作物的生長，使其更為茂盛?！睆堉俳榻B，團隊未來將聯(lián)合醫(yī)學(xué)、農(nóng)林學(xué)方面的研究院所，繼續(xù)進行雷電與生命科學(xué)、醫(yī)學(xué)、農(nóng)林學(xué)等交叉學(xué)科的認(rèn)知研究，更好地認(rèn)識、了解雷電，發(fā)揮出雷電的積極作用。
服務(wù)重大項目
在對雷電機理的認(rèn)知獲得進展之后，張仲團隊便投身于重大活動及重要場所的避雷服務(wù)保障中。近10年來，該團隊的創(chuàng)新成果先后服務(wù)于國家探月工程地面應(yīng)用系統(tǒng)、中信大廈“中國尊”以及中國紀(jì)念反法西斯勝利70周年閱兵、大興國際機場等重大項目的防雷保障。
中國“天眼”所在的云貴高原為雷電多發(fā)區(qū)，全年的雷暴天數(shù)是北京的近2倍，平均雷電強度是北京的3倍以上，防雷難度之大可想而知。而中國“天眼”整個反射面是金屬面，上面有上千個系統(tǒng)工藝結(jié)構(gòu)，上萬條電器線纜，在它的上空也不能架設(shè)任何的避雷線、避雷針，否則會影響電磁波信號的接收效果。在這種情況下，張仲團隊臨危受命，用自主研發(fā)的防雷創(chuàng)新成果，守護中國“天眼”。自2016年竣工以來，中國“天眼”從沒有發(fā)生大面積雷擊致設(shè)備故障，也沒有發(fā)現(xiàn)防雷保障技術(shù)對觀測產(chǎn)生任何不良影響。
“中國‘天眼’的科學(xué)需求推動了超大尺度電荷平衡面綜合技術(shù)等防雷技術(shù)的形成。”張仲介紹，團隊的實用新型專利“雷擊電磁脈沖防護一體機”“通信雷電電磁隔離器”以及電磁隔離方法、矩陣接地網(wǎng)技術(shù)等多項技術(shù)都在此次建設(shè)中得到應(yīng)用。
與中國“天眼”項目類似，國家大劇院的屋面金屬呈半球狀，金屬面的厚度無法達到雷電接閃裝置的要求。若在國家大劇院屋頂上安裝避雷裝置，不僅工程難度大，而且還影響劇院的整體美觀。面對這一難題，張仲團隊進行技術(shù)攻關(guān)。從技術(shù)上，該團隊建議國家大劇院建設(shè)單位在劇院基礎(chǔ)施工時，在下方鋪設(shè)大型地網(wǎng)，雷暴云在大劇院大尺度金屬面感應(yīng)電荷時，通過國家大劇院的地網(wǎng)和大尺度屋面金屬板釋放電荷。這樣，出現(xiàn)雷暴天氣時，屋面金屬面的電荷可以向下泄放，減少了大劇院被雷擊的概率，也減少了大電流對大劇院金屬面的物理損壞。
聚焦人員避雷
“戶外人員的雷電防護是我們關(guān)注、研發(fā)的重點，而這個問題在國內(nèi)外鮮有人關(guān)注?！睆堉俳榻B，目前，其團隊圍繞戶外人員防護雷電問題已申報了北京市科學(xué)技術(shù)委員會專項課題，涉及北京市旅游景區(qū)智慧化防雷技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)開發(fā)和應(yīng)用。例如，針對八達嶺、青龍峽等人員密集的旅游景區(qū)，團隊運用了“一種露天場所人員防雷裝置”等發(fā)明專利，提前發(fā)布雷電預(yù)警，一方面及時通知游客雷暴天氣即將出現(xiàn)，告知他們避雷地點；另一方面提醒景區(qū)進行游客限流、疏散工作，采取應(yīng)急雷電防護措施，避免雷擊傷人等事故發(fā)生。
在雷暴預(yù)報快速發(fā)布方面，張仲團隊會同北京市氣象局氣象探測、觀測、氣象雷達等多個團隊，以及南京信息工程大學(xué)等高校共同研究，通過現(xiàn)有的公共網(wǎng)框架，將準(zhǔn)確的信息及時發(fā)布到景區(qū)，致力于解決老百姓在露天公園出游及室外作業(yè)時雷電防護的問題。
“技術(shù)領(lǐng)域的探索離不開知識產(chǎn)權(quán)保護?！睆堉俦硎荆瑘F隊近年來提交了多件發(fā)明專利及實用新型專利申請，70%的成果都實現(xiàn)了轉(zhuǎn)化。目前，團隊的知識產(chǎn)權(quán)意識也在不斷增強，未來將在雷電機理、重大項目的支撐技術(shù)、戶外人員雷電防護等領(lǐng)域繼續(xù)發(fā)力，吸引更多的專業(yè)人才，產(chǎn)生更優(yōu)質(zhì)的創(chuàng)新成果，更好地將其推向市場，為我國防雷減災(zāi)貢獻力量。
