撑起雷电下的“保护伞”——记中国科学技术大学教授陆高鹏

徐芳芳

雷雨天不要躲在大树下面避雨，远离金属物体，尽量避免使用电子设备……从小到大，这些避雷警示的信息以文字、图像或视频等形式出现在我们接触的报纸、课本甚至电视节目中，教育大众如何在雷暴天气中保护自身安全。然而，当沿着信息向上溯源，追寻它的源头，我们会发现，原来一直有一群和雷电直接打交道的人，他们在荒野中、在高山顶上、在距离雷电最近的地方一次又一次地观察、测量着闪电的形态、过程及具体数据。正是因为他们这些冒险的举动，才有了如今琅琅上口的雷电防护常识。

陆高鹏现今是中国科学技术大学地球和空间科学学院的教授。2004年，他背负着雷电研究的使命从中国科大地球和空间科学系远赴美国求学和工作；2013年，“练就十八般武艺”的他决定回国发展；2019年，他终于回到了母校，回到了梦想最初开始的地方，带领学生继续探索闪电。20多年来，他与闪电一次次“交手”，碰撞出了无数“火花”。

追逐闪电

雨后，辽阔无际的墨西哥高原上，一辆越野车正在肆意地行驶，周围不断后退的是苍茫连绵的山脉，车上的人们一边高声谈论，一边欣赏着视野范围内的美景。如果不是他们的目光跳跃，像是在不停地搜索着什么东西，这场景或许和西方公路片没什么区别。事实上，车上坐着的是陆高鹏和他的小伙伴们，他们刚刚利用探空气球在一场雷雨天气中观测到了闪电引起的电场数据，正在寻找完成任务后随着探空气球飘落在高原某个角落的探测仪器，顺带欣赏墨西哥高原壮丽的美景。

当然，实地观测闪电带给他们的不仅仅有美景，还有突如其来的危险。有一次，完成观测的陆高鹏正和同事行驶在高原上，寻找飘落的探空气球。突然，一道闪电直接打在了距离他们不到100米的草地上，“那一瞬间，周围的光线变得特别亮”。祸兮福之所倚，那次，他用手中正在拍照的相机捕获了闪电落地的全过程。

彼时的陆高鹏正在新墨西哥州矿业与技术研究所学习中高层空间瞬态发光现象与对流层大气放电之间的关系，也就是雷雨天气下产生的被称为“红色精灵”的大气放电现象。“所谓红色精灵，是由于中高层大气空气较为稀薄，强度较大的闪电放电后产生的电磁场导致大气中的介质被击穿，产生了5～10公里宽的巨型喷流形态的瞬态发光现象。”陆高鹏介绍道。到了博士后工作时期，随着遥感手段的学习和应用，他对闪电的探测范围从十几公里扩大到了几百公里之外的雷暴上空，而他的主要观测对象也从红色精灵扩展至整个中高层大气放电现象。紧接着，在美国国防高科技委员会（DARPA）的NIMBUS项目支持下，正在杜克大学从事博士后研究的陆高鹏在美国建立了多处中高层放电现象观测站点。

2015年夏季，陆高鹏前往西藏那曲架设闪电探测设备。

然而就在闪电探测站已经建成，即将开始产生数据的时候，陆高鹏却因为种种原因选择了回到国内发展。

深入研究

对于研究进行到中途离开，陆高鹏一直感到有些遗憾，回国先后于中国科学院与中国科学技术大学工作的他自然也不曾停止关于闪电探测网的研究。

他采取的办法是将在美国建立的闪电探测站组网“搬”回到国内。

回国之后，陆高鹏在中国的辽源、北京、威海、拉萨、三亚、成都、西安等地陆续架设了多个低频磁场记录系统和低光度光学观测设备，记录与地源伽玛辐射脉冲相关的低频闪电磁场信号，并将该探测网命名为“闪电临近空间效应研究平台”。通过该平台，陆高鹏及其团队已在华北和东北地区记录到近百例红色精灵事件和同步的低频磁场数据。同时，陆高鹏还带领团队成员利用磁场测量独特的定向功能，发展了基于单站磁场测量的云内放电过程的三维定位技术，实现了在超视距（800到1000公里）范围内对雷暴对流活动进行探测和追踪的研究效果。

陆高鹏建立的闪电临近空间效应研究平台为雷电灾害的预警提供了更有效的科学数据，在国内外引起了极大的反响。“我们可以根据其他课题组的需要在平台的框架上设计方案获得合作者需要的科学观测数据。”他们曾与马来西亚技术大学的Mohd Riduan博士开展合作，研究赤道附近地区雷暴的临近空间电磁效应。在2017年的夏季观测实验中，他们获得了目前国际上最近距离处的有关地源伽玛射线脉冲母体闪电的低频磁场信号。“虽然我们无法左右自然灾害的降临，但在灾害面前，我们可以通过科学的方法提高预测水平，因而，在灾害研究领域，合作共享是国际发展的重要趋势。”通过这次基于闪电临近空间效应研究平台的合作研究，陆高鹏总结道。

在谈及建设闪电临近空间效应研究平台的过程时，陆高鹏说，他曾多次站在人烟稀少的高山处，看着闪电从空中落下打在山脚下，他说，那种壮观耀眼的场景，让他念念不忘。然而，随着研究的深入，他越来越了解闪电形成和发展的原理，以及其内部蕴含的巨大威力。“比如看上去很美的红色精灵，实质上可能会威胁到飞行器的安全。当飞行器在雷暴上空环境中执行任务时，有可能受到闪电活动带来的电磁辐射影响。”陆高鹏举例道。而他通过闪电临近空间效应研究平台实现的对红色精灵母体闪电的精准定位，有效提高了对临近空间安全性的预报水平，为中高层空间的资源开发提供了安全保障，极大地减少了灾难发生的可能性。

为了提高对临近空间安全性的预报水平，陆高鹏开展的工作远不止这些。

在原国家重点基础研究发展计划（973）项目“雷电重大灾害天气系统的过程、动力、微物理和成灾机理”的研究工作中，陆高鹏团队将遥感测量闪电过程所使用的低频磁场测量技术应用于山东沾化雷电观测基地的人工引雷实验。在实验中，他们利用低频磁场传感器的高灵敏度，实现了对人工引雷过程中弱放电阶段的探测。“通过连续多年的研究，我们组织了更为系统的观测，证实了爆发式磁场脉冲是人工引雷初始发展阶段的普遍现象，并进一步识别出了该磁场脉冲的辐射源。”陆高鹏介绍道。

心忧百姓

在建立了闪电临近空间效应研究平台并且取得了一系列关于雷暴现象的研究成果后，陆高鹏开始注重科研成果的社会效益，“关于雷暴现象的研究成果终究要落实到实际生活需求中，用以保障大众的财产和人身安全”。因此，在无锡市经济开发区的支持下，2019年，他成立了无锡智雷科技有限公司，计划以智雷科技作为平台开展相关成果的产品转化，并推动无锡市高新技术产业的发展。以公司为科研基地，陆高鹏带领团队成员改进并研制出新一代的高灵敏度磁场测量系统、闪电瞬态光学事件记录设备、单站临近雷暴天气预警平台等一系列产品。

当然，面对雷暴的危害，从来都不是有关人员单向地给大众撑保护伞，也需要大众加强自身的防护知识。因此，除科研产品转化之外，陆高鹏也在借助各种机会向社会大众宣传雷电保护知识，包括他曾主持了学而思在线《科学大咖说》第三季栏目“雷雨天出门如何保护自己？”来宣传在雷暴天气中的防护做法。

“我们不能让雷电的知识束之高阁，应该尽可能地让大众理解它。”陆高鹏说道。在这个观念的引领下，他和团队成员加入了一个名为“精灵爱好者群”的业余发烧友群体。群体中有人拍摄到闪电或者红色精灵时，陆高鹏会向他们讲授这些放电现象背后的物理原理。“他们和我一样，都希望能够探索到更多关于雷电的奥秘。”陆高鹏温和地笑着。

其实，在雷电防护的科普方面，陆高鹏的目光范围还要更加广泛一些。在他的团队里，除了国内的学生，还包括来自马来西亚、非洲中部乌干达及巴基斯坦等雷电灾害高发地域的国际留学生。“我希望能够将他们训练得更加专业，这样将来他们回到家乡以后，可以将雷电的相关知识带回去，使当地的民众更为科学地了解雷电的危害，并且知道如何在雷暴天气进行防护。”陆高鹏目光悠远地说。