一、研究雷暴灾害及其成因的新成果
（一）研究雷暴灾害与闪电现象的新信息
1．考察分析遭遇雷暴灾害的新发现
⑴发现北极地区遭遇引发各方震惊的连续雷暴。[145]2021年7月，美国华盛顿大学大气物理学家罗伯特·霍尔兹沃思、阿拉斯加大学费尔班克斯分校的气候科学家里克·托曼等人组成的一个研究小组，在《地球物理通讯》杂志上发表论文说，本周连续三次雷暴横扫从西伯利亚到阿拉斯加北部的北极地区，引发了人们的震惊。他们认为，在全球变暖的背景下，这种罕见现象将会变得越来越常见。
通常来说，北冰洋上方的空气缺乏产生雷暴所需的热对流，特别是在水被冰覆盖的情况下。但研究人员说，随着气候变化导致北极变暖的速度快于世界其他地区，这种情况正在发生改变。他们在论文中说，自2010年以来，北极圈内夏季打雷闪电的现象是原先的3倍，这一趋势与气候变化和北极地区的海冰流失增加直接相关。随着海冰消失，水分蒸发变多，给日益变暖的大气增添了湿度。
这些雷暴威胁到北极周边的北方森林，在经受24小时夏日炙烤的偏远地区引发火灾。这篇论文同时指出，北极无树冻土地带以及北冰洋上空和浮冰地区遭遇闪电更加频繁。研究人员还发现，2019年8月，闪电甚至出现在距北极60英里内的地区。
随着闪电的急剧增加，近年来西伯利亚的森林大火变得越来越猛烈。本周，俄罗斯军队出动灭火飞机以扑灭近200万英亩的森林大火，而受灾最严重的雅库特地区几周来一直处于紧急状态。
与此同时，6月中旬的闪电引发了今夏阿拉斯加规模最大的火灾之一，导致北极圈以北约125英里处、阿拉斯加西北角的诺阿塔克国家保护区1.8万多英亩冻原着火。科学家们说，北极变暖也促进了阿拉斯加北部冻原上的植被生长，从而为火灾提供了更多燃料。
⑵美国登月火箭发射台遭遇雷击。[146]2022年8月28日，国外媒体报道，美国新一代登月火箭“太空发射系统”拟于29日首次发射升空，却在发射前48小时倒计时开始后遭遇雷雨天气，发射台3次遭雷击。
美国国家航空航天局网站发表声明说，佛罗里达州肯尼迪航天中心27日下午持续遭遇雷雨天气，太空发射系统所在的39B发射台避雷装置3次遭雷击。该避雷装置包括3座约182米高的避雷塔和导线，用以保护火箭及所搭载飞船。当地时间当天上午9时53分，发射团队工作人员就位，正式开始发射前48小时倒计时工作。
声明说，初步数据显示，这几次雷击威力不大。气象工作人员收集了有关雷击电压和电流的数据，将与电磁环境专家共享数据，评估雷击对发射任务的影响。发射团队工作人员会连夜开展火箭发射前的各项准备工作，包括为火箭核心级和“猎户座”飞船电池充电等。
2．分析与测量闪电现象的新进展
⑴分析卫星数据发现全球闪电最密集地区。[147]2016年12月，巴西圣保罗大学气象学家瑞秋·阿尔布雷希特主持，她的同事，以及美国马里兰州大气物理学家史提芬·古德曼等参与的研究团队，在《美国气象学会学报》上发表论文称，他们分析卫星数据发现，委内瑞拉中部的马拉开波湖，是全球闪电最密集地区。
这一发现的资料，来自于一颗名为“热带降雨测量任务”的人造卫星所装载的仪器，该卫星于1997年到2015年在轨运行。
瑞秋指出，这颗卫星围绕地球运转的轨道，覆盖了北纬38度(相当于希腊雅典的纬度)，至南纬38度(位于澳大利亚墨尔本南部)之间的每一个角落，它一次可以观测约600平方公里的面积。她强调，该卫星每天大约飞过一个点3到6次，每次能够观测约90秒钟。
瑞秋和她的同事，计算了1998年至2013年，由这颗卫星发现的每10平方公里内的闪电次数。随后，研究人员基于每年每平方公里的观测结果，统计了地球上前500个闪电热点地区。(数据表明，由于卫星每天只能观测每一个点约10分钟，所以热区中最热的地方，每年都可能被闪电击中数万次。)研究人员表示，许多气象学家早就注意到，这种由卫星调查收集硬数据的做法，正在成为一般趋势。
一般情况下，闪电在陆地上出现的比在海洋上更频繁，同时夏天的闪电比冬天多，并且闪电多出现在当地时间中午到下午6点之间。随着高空和地面空气之间出现的温度差，这些因素中的每一个都倾向于增加，这反过来又增加了潮湿空气上升的数量，从而为雷暴提供了“燃料”。
但是，马拉开波湖的闪电热点区域，却与其他地方有较大差别：它的闪电大部分发生在湖上，时间为午夜时分到上午5点之间，一般出现在春季后期和秋季。总而言之，卫星发现，在相当于美国康涅狄格州面积的马拉开波湖中，每平方公里每年约发生233次闪电。
瑞秋指出，世界上许多闪电热点地区都与陡峭的地形有关，这有助于建立冷暖气团之间的冲突，从而可以驱动雷暴的发展。
古德曼表示，世界上至少还有14个大型湖泊，包括非洲的维多利亚湖和坦噶尼喀湖，也是闪电热点地区。他说，虽然马拉开波湖是所有热点地区中最热的那一个，但中部非洲仍然是遭受闪电袭击最广泛的地区——世界“闪电热点500强”中有283个位于那里。
闪电是云与云之间、云与地之间，或者云体内各部位之间的强烈放电现象。通常是暴风云(积雨云)产生电荷，底层为阴电，顶层为阳电，而且还在地面产生阳电荷，如影随形地跟着云移动。正电荷和负电荷彼此相吸，但空气却不是良好的传导体。正电荷奔向树木、山丘、高大建筑物的顶端甚至人体之上，企图和带有负电的云层相遇；负电荷枝状的触角则向下伸展，越向下伸越接近地面。最后，正负电荷终于克服空气的阻挡而连接上。巨大的电流沿着一条传导气道从地面直向云涌去，产生出一道明亮夺目的闪光。
一道闪电的长度可能只有数百米(最短的为100米)，但最长可达数千米。闪电的温度，从1.7万℃至2.8万℃不等，也就是等于太阳表面温度的3到5倍。闪电的极度高热使沿途空气剧烈膨胀。空气移动迅速，因此形成波浪并发出声音。
⑵测量到世界上有史以来最长闪电。[148]2022年2月，美国亚利桑那州立大学兰德尔·切尔韦尼、英国气象局格雷姆·马尔顿等人组成的研究小组，在《美国气象学会公报》上发表研究成果称，世界上最长的闪电，它包括覆盖距离和持续时间，已经从太空中测量并得到世界气象组织的确认。
其中一次闪电发生在2020年4月的美国南部，长度约为768公里，相当于从伦敦到德国汉堡的距离，比2018年巴西创下的纪录长60公里，是有记录以来最长的闪电。另一次闪电是在2020年6月测量的，它横跨乌拉圭和阿根廷边境，持续了17秒，是迄今为止探测到的持续时间最长的闪电。
切尔韦尼说：“我们现在有明确的证据表明，单次闪电可以持续17秒。这对科学家来说非常重要，因为它提高了我们对闪电动力学的理解：闪电是如何发生的，在哪里发生的，更重要的是，为什么会以这种方式发生。”
两次最长闪电分别出现在北美大平原和南美拉普拉塔盆地的雷暴热点地区。这些地区的地理位置使其易于形成相对较大的对流系统，这可能导致个别雷暴合并成大规模天气系统，从而引发极端雷击。
这次跨越美国南部的闪电很难用传统的地面设备进行测量，因此气象学家转而使用地球同步卫星上的闪电测绘仪，这样可以获得更广阔的视野。切尔韦尼说：“我们在轨道上安装和使用闪电探测及测绘设备，还只有几年的时间。通过这些专用设备，我们对超级闪电有了更多的了解。”
这两次闪电都是在2020年检测到的，但直到现在，世界气象组织才认定它们分别是有记录以来距离和持续时间最长的。对此，马尔顿解释道：“在这些闪电被认定为世界纪录之前，经过了一个漫长的过程，需要反复检查仪器、交叉检查观察结果和专家小组的验证。”
两次最长闪电都发生在2020年，似乎表明闪电正在变得更加极端，但这也可能是因为成像能力的提高才使得这两次记录在最近被打破。马尔顿认为，只有几年之后的极端事件都被记录下来，才能评估它们是否变得越来越普遍。然而，气候变化似乎确实增加了地球上闪电的频率。
切尔韦尼指出，虽然测量到的闪电没有与地面接触，但它们的长度和持续时间仍然是一个重要提醒，告诉人们闪电从它的发源地能击中多远。任何时候听到雷声，都应该找一个安全的避雷之地，比如坚固的建筑物或一辆有全封闭金属顶的车。
（二）研究闪电活动加剧原因的新信息
1．研究表明全球变暖致使闪电活动更加频繁[149]
2014年11月13日，美国加州大学伯克利分校戴维·容珀斯领导的一个研究小组，当天在《科学》杂志上发表研究报告说，随着地球变得更热，闪电活动也更加频繁。全球气温每上升1℃，仅仅美国的闪电事件就将增加约12%。
众所周知，夏天的雷电活动比冬天更频繁，但气温对闪电的影响却一直难以量化。该研究小组构建了一个新系统，来模拟整个美国大陆的闪电频率。这个系统主要基于大气的两个物理属性，一个是使空气在大气中上升的能量，这可以由无线电探测仪器来测量，另一个是降水率。
研究人员说，美国的闪电活动比较频繁，记录显示目前每年发生2500万次左右。这些记录可验证他们构建的模拟系统的准确性。
进一步利用11个全球气候模型进行的预测显示，地球平均气温每增加1℃，美国的闪电次数增加约12%。如果到本世纪末，地球气温上升4℃，那么美国的闪电次数将增加约50%。
容珀斯说，闪电增多意味着更多的人员伤亡。他估计，美国每年有数百人被闪电击中，其中有数十人因此死亡。另外一大影响就是野火增加，因为闪电是野火的主要促发因素。此外，闪电增多也可能导致大气中氮氧化物增加。
研究人员表示，他们构建的系统，也可用来评估未来世界其他地区闪电发生频率的变化。
2．发现货船可能会在海上制造闪电[150]
2017年9月7日，一个探索地球物理现象的研究团队，在《地球物理通讯》发表论文称，他们计算了从2005年到2016年印度洋东北部和南中国海每年的平均闪电次数，经过推算分析，发现一艘巨型货轮不仅在释放废气，还可能在云层中埋下“种子”，引发闪电。
该研究团队发现，两个主要船运航道：一个位于斯里兰卡和苏门答腊岛北端之间；另一个从新加坡经过越南南部向东北延伸。它们所经历的闪电次数，相当于数百公里之外一条类似海洋航道上发生闪电的近两倍。
由于增强闪电的区域，比航船路径自身宽得多，更高比例的闪电，可能并不是因为闪电直接击向航船。闪电频率的增加，似乎也并非由于天气原因引发的。实际上，该研究团队提出，货船尾气产生的烟雾和其他粒子产生了大量的云滴，它们平均比海上其他地方空气中的自然尘埃粒子更小。
因为这些更小的云滴，倾向于在大气中升得更高，它们最终会产生大量的冰粒子，这反过来会相互摩擦并产生电。尽管烟雾尾气会增加放电率，但研究人员表示，其他数据表明，闪电形成的风暴，并未使该地区比附近其他地区产生更多的降雨量。
二、防治和减轻雷暴灾害的新成果
（一）通过制造人工闪电研究雷暴灾害
1．首次利用激光引发人工闪电现象[151]
2008年4月，法国里昂大学一个由物理学家组成的研究小组，近日在《光学快报》上发表论文称，他们首次利用高功率脉冲激光，在一场雷暴中触发了电活动，制造出人工闪电雷击现象。
引发闪电雷击，是物理学基础与应用研究中的重要手段，可使研究人员更透彻地了解雷电机制，以期在灾难性的雷暴期间能人为控制雷击。另一方面，人工引发闪电雷击，可使工程师测评，飞机和关键性基础设施诸如电力线路等的闪电感受性。人类对雷击的研究，可以追溯到本杰明·富兰克林时期，但时至今日仍不能说对雷电已完全了解。20世纪70年代以后，科学界已可以利用发射小型火箭引发雷击，但其速度、效率等都不理想。
此次法国研究小组利用脉冲激光，制造出可导电的等离子体线柱，其功用类似于当年富兰克林用来导电的风筝线。脉冲激光在引发闪电雷击中，表现出非常强大的潜在价值，可形成大量的等离子体线柱，即空气中分子的电离通道，恰似一根延伸到雷雨云中的导线。这一概念约30年前就被提出，但直至今日才有功率足够强大的激光器，来实现这个设想。稍有遗憾的是，虽然激光脉冲产生了放电，但因为线柱的存在寿命太过短暂，没能引发空对地闪电。
研究人员表示，这是第一次在雷暴气象中人工产生照明体，可视为朝着以激光束引发电击领域迈出了第一步。下一步则计划对激光器编程进行重调，运用更为复杂的脉冲序列，引发全面性闪电雷击。
2．为开展防灾减灾研究而制造人工闪电[152]
2015年7月，有关媒体报道，美国佛罗里达大学国际雷电研究与测试中心马丁·乌曼领导的研究小组，为了防治和减轻雷暴灾害，专门研究如何制造人工闪电。他们通过走进风暴发射一枚带着铜线火箭的方法，开发出一套能够人工制造闪电的装置。这样，他们就可以研究与雷暴灾害直接相关的闪电了。
为了触发闪电，该研究小组把一枚约1.8米的业余火箭尾部系上一卷长700米的铜线，铜线的下方则连接着一根金属棒。火箭发射之后可以升高到4800米～11200米，直接飞向风暴中心。
一旦火箭拖着铜丝抵达雷暴云中心，大地与雷暴云之间的强大电位差将产生强烈放电，大量负电荷向下传导并击中金属棒，与此同时一股强大的电流向上传播，并在此过程中产生明亮的闪电。整个过程的产生机制与效果，几乎与自然界发生的“天然闪电”是完全一致的。
于是，通过这种方式就可以预先设定闪电发生的地点和时间，这样也就可以提前安排好相关的设备进行数据的采集，如使用每秒100万帧的高速相机和其他设备记录一些关于闪电的基本物理学参数，或考察不同的材料在雷击之下的效果。
研究小组的研究包罗万象，比如他们证实了闪电的破坏力无法击穿保存核废料的容器。而接下来他们将要对所谓超低频无线电波（10千赫～30千赫）开展研究，这是闪电在地球电离层中产生并传播的一种无线电波信号。
（二）探索防治和减轻雷暴灾害的新信息
1．研究预测闪电活动的新方法
首次开发出闪电活动预测模型。[153]2018年9月，英国国家气象局气象办公室云科学家保罗·菲尔德主持的一个研究团队，在《地球物理研究杂志》上发表报告称，天气模型可以很好地预测大型风暴，但是对于闪电活动的预测依然捉襟见肘。如今，他们已经创建了一种闪电的全球模拟技术，能够更准确地捕捉到闪电发生的时间和地点，这可以帮助人们如工作中的飞行员等，避免与它们遭遇。
闪电的产生通常需要两种因素。首先，它需要温暖、上升的空气或对流来制造雷雨云。其次，它还需要雷雨云能够容纳被称为霰的冰冻微粒。这些微粒的碰撞使电荷发生转移，进而产生了一个电场。当电场变得足够大时，一个闪电球便会形成。
天气和气候模型把大气划分为一定大小的网格，但它们一直难以模拟闪电的形成，因为这些模型的空间分辨率太粗糙了，通常是100公里左右。对于计算机来说，产生对流雷雨云和霰的过程，因为发生在一个过小的范围内而无法在任何合理的时间里，在全球范围内模拟它们。为了进行每日的预测，天气模型不得不转而依赖将诸如对流之类因素“参数化”的方法，这是一种可以快速执行的特殊经验法则。
为了避免这样的假设，该研究团队在一个全球模型中模拟了5年的闪电，该模型可以解决10公里以内的细节。这使得研究人员能够准确地模拟对流云的形成过程，尽管他们仍然需要对霰的形成做出假设。
即便如此，他们的模型依然准确指出了南美洲、非洲和东南亚的闪电热点地区。这些地区每年每平方公里有近100次闪电发生。该模型还准确捕捉到了通常在当地时间下午3点左右发生的闪电的情况。菲尔德说，这个时间是有意义的，因为此时地面已经变暖了，而更加温暖的空气也有时间向上移动并形成云。
这一模型再现了一些现实世界的闪电特性。例如，它准确展示了每天中午后非洲维多利亚湖上空的闪电是如何发生的。研究人员表示，这种效应是由于湖水的水温升高要比周围的陆地慢，导致了暖空气的上升延迟。另外，这一模型还再现了北美大平原上的闪电向东移动的过程，而这是由盛行风引起的。
研究人员认为，这些新的闪电地图，可能会对飞机避免闪电威胁提供更好的估计结果。菲尔德说，科学家可以利用这个模型生成一幅航空气象灾害地图，因为对于预防气象灾害来说，现有的地图相当粗糙。
2．研究防治和减少雷击风险的新方法
⑴加强气象与铁路部门防治雷击故障的合作。[154]2011年8月2日，《新京报》报道，据中国气象局统计，7月份，我国雷电等强对流天气频发，华北、内蒙古、黑龙江、陕西、河南、江苏、安徽、浙江等地区强对流天气日数达8到12天，较常年同期偏多。
2011年7月23日19时30分左右，雷击温州南站沿线铁路牵引供电接触网或附近大地，通过大地的阻性耦合或空间感性耦合在信号电缆上产生浪涌电压，在多次雷击浪涌电压和直流电流共同作用下，导致电路电源回路中的保险管熔断，使列控中心通信出现故障，结果酿成甬温线特别重大铁路交通事故。
针对日前动车因雷击出现故障，中国气象局应急减灾与公共服务司司长陈振林表示，气象部门与铁路部门的合作历史悠久，针对铁路沿线的防洪、雷雨等灾情都有预警服务渠道，铁路防洪部门也可以及时接收到全国天气雷达的检测。
陈振林介绍，动车遭雷击导致设备故障发生事故后，气象局与铁道部进行了沟通，将在信息共享、部门联动等方面进一步加强合作。
⑵研究减少飞机被雷击风险的新方法。[155]2018年3月，美国麻省理工学院一个航空专家组成的研究小组，在《美国航空航天学会杂志》上发表研究成果称，航空专家估计全球每架商用飞机，每年至少会被雷电击中一次，其中90%是飞机自身引发的。针对这种情况，他们提出，在必要时给飞机外壳加电，能大幅减少被雷击的风险。
飞机在带电的雷雨环境中飞行时，一端积累正电荷、另一端积累负电荷，电压差高到一定程度后，会产生导电的等离子体流，导致飞机更易被雷电击中。研究人员提出，用传感器监测飞机外壳带电情况，必要时施加电流调整电荷分布，可以有效预防雷击发生，加电设备所需的能量比一只普通电灯泡还低。
麻省理工学院发布的新闻公报说，初步模拟显示，采用这种防护措施后，外部电场强度要提高50%才会发生雷击。研究人员下一步将用风洞进行简化实验，然后在更现实的情形下测试，比如无人机在雷雨天气飞行。
绝大多数雷击事件不会危及乘客安全，但机体和电子设备可能损坏，遭受雷击后必须及时检修。如果损伤较重，飞机将被迫退役。此外，新型飞机部分使用了碳纤维等非金属复合材料，更易被雷击损坏，防雷和维修成本高昂。
3．研制减少雷击风险的新设备
推出微电容瞬变的避雷器件。[156]2006年5月，有关媒体报道，意法半导体公司推出一系列新的通信线路保护器件。其中，SMP80MC系列，微电容瞬变避雷器，完全符合数字传输标准。
因为容易遭到雷电浪涌的攻击，电信系统通常需要两级保护单元：一是安装在每条线路上的，吸收大部分瞬间过压的主浪涌抑制器；二是安装在每个印刷电路板上的消除残余峰值过压的辅助保护器件。主抑制器的浪涌电流处理能力必须很高，并能够承受很高的电压。与非硅保护产品(如气体放电管)相比，意法半导体公司新产品的技术具有更加优异的性能，包括使用寿命长而无老化现象、紧公差、响应时间快速和失效保护操作。此外，当出现极大的雷电浪涌时，故障模式可导致短路，以保护设备和人员的安全。
新器件的主要参数包括：120V到270V的电压范围，最大2μA的泄漏电流，最高345V的导通电压，最小150mA的保持电流。它是保护电话、传真机、调制解调器和类似的对雷电敏感设备的理想选择，能够防止雷电浪涌攻击和电话线与电源线短路现象。
