基于高能催化方式消减雷暴系统的方法与流程

本发明涉及一种人工干预雷暴系统的方法，具体是一种基于高能催化方式消减雷暴系统的方法，属于大气科学和爆炸物理学交叉学科。

背景技术：

1、雷暴系统常伴随有雷击、闪电、强风、冰雹和强降水的强对流天气系统，给电力设施、飞行安全、人身安全和建筑物等带来巨大安全风险。其中，雷暴系统产生的雷电对电网安全运行影响频繁，电网雷击问题一直备受关注。据六年的统计结果，雷击跳闸占330 kv及以上交流输电线路跳闸总数的39.4%~50.8%，雷击重启占±500 kv及以上直流输电线路故障重启总数的43.5%~64.3%。由此可见，雷击仍是输电线路跳闸/故障重启（以下简称“跳闸”）的首要因素。雷电还会引起雷击火险，大风刮倒房屋，拔起大树，果木蔬菜等农作物遭冰雹袭击后损失严重，甚至颗粒无收，有时局地暴雨还引起山洪的爆发、泥石流等地质灾害。雷暴系统能产生各式各样的危及飞行安全的天气现象，如强烈的湍流、颠簸、积冰、闪电击(雷击)、暴雨，有时还伴有冰雹、龙卷风、下击暴流和低空风切变。空中滚滚而来的乌云中，蕴藏着巨大的能量，具有极大的破坏力。当飞机误入雷暴活动区内，轻者造成人机损伤，重者机毁人亡。因此，雷暴是目前被世界航空界和气象部门公认的严重威胁航空飞行安全的天敌。雷暴云中的上升、下降气流对飞行造成严重威胁，特别是成熟阶段的雷暴云，最强的上升气流可达到50~60米/秒，同台风不相上下，航空器在雷雨区内飞行，飞机会遇到严重颠簸，使飞行高度在几秒内升降几十米到几百米。严重时，飞行仪表失真，飞机操纵困难甚至失控，是导致飞行事故最危险的天气现象之一。

2、人工干预雷暴系统，让雷暴系统消减，减少雷暴系统的危害，是一项巨大的挑战性任务。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于高能催化方式消减雷暴系统的方法，利用人工干预方式消减雷暴系统，减少雷暴系统伴随雷击、闪电、强风、冰雹和强降水的强对流天气对电力设施、森林、人身安全和建筑物等损坏，提高抵御雷暴系统能力，降低雷暴系统致灾风险。

2、为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

3、一种基于高能催化方式消减雷暴系统的方法，其技术方案在于它包括如下步骤：

4、s1:利用卫星和雷达（等）资料判断雷暴系统的发生位置、强弱、移动路径和移速；

5、s2:在雷暴系统的移动路径上，满足高能催化有效防护距离，依据移速设置多道防线，选择消减雷暴系统的合适催化时机；

6、s3:在雷暴系统的内部，识别合适的催化部位；

7、s4:利用动力装置将合适高能催化材料带到雷暴系统的内部，再通过动力爆炸产生的包含冲击波、声波和扰动气流场在内的高能催化作用，在炸点周围形成动力性等效压力场，爆炸的冲击波产生的气压梯度力对雷暴系统上升气流起到制动作用，且冲击波在耗散中又把能量转化为气流扰动能，形成具有强梯度的扰动气流场，从而达到对雷暴系统消减作用。

8、上述技术方案中，优选的技术方案可以是，步骤s1包括:

9、s1.1:利用卫星和雷达资料判断雷暴系统发生位置；

10、s1.2:根据雷暴系统在卫星资料和雷达资料表现特征和阈值，判断雷暴系统强弱等级；

11、s1.3:利用卫星和雷达数据连续跟踪雷暴系统，确定雷暴系统的移动路径和移速；

12、s1.4:根据步骤s1.1、步骤s1.2和步骤s1.3处理后得到雷暴系统的发生位置、强弱、移动路径和移速。

13、上述技术方案中，优选的技术方案还可以是，步骤s2包括:

14、s2.1:根据多次防护效果统计，确定单点单次高能防护有效距离r1；

15、s2.2:依据雷暴系统的移速v，设置2～5道防线，间隔5min雷暴系统的移动距离为r2，r2与r1比较，再设置防线；

16、（1）若r1≥r2，以r2距离设置一道防线；

17、（2）若r1<r2，以r1距离设置一道防线；

18、s2.3:依据雷暴系统强弱等级（f）和发展阶段，选择合适的作业时机。

19、上述技术方案中，优选的技术方案还可以是，步骤s3包括:

20、s3.1:统计分析表明，雷暴系统流场中存在着一个主入流区，主水平入流在垂直面上对应着主上升气流区，且在中空存在着一个相对水平速度接近于零（为零）的“零域”；分析雷达跟踪监测雷暴系统数据和流场数据，找到“零域”所在区域；

21、s3.2:确定“零域”之下的主入流区即为合适的催化部位。

22、上述技术方案中，优选的技术方案还可以是，步骤s4包括:

23、s4.1:利用动力装置将合适高能催化材料带到雷暴系统的内部；

24、s4.2:在高能催化材料炸点周围形成动力性等效压力场，爆炸的冲击波产生的气压梯度力对雷暴系统的上升气流起到制动作用；动力爆炸还会产生很轻的声波，冲击波也会衰变成声波，强声波的影响范围达300～500米；冲击波在耗散中又把能量转化为气流扰动能，形成具有强梯度的扰动气流场；通过动力爆炸产生的冲击波、声波和扰动气流场，达到对雷暴系统消减作用。

25、上述技术方案中，优选的技术方案还可以是，步骤s4中动力装置为高射炮或火箭炮等地基发射装置，或者为焰弹等机载发射装置，动力装置可以选用高射炮、火箭炮、焰弹发射器任意一种，步骤s4.2中动力爆炸对雷暴系统的作用是快速的，在炸后5-10分钟之内完成对雷暴系统的作用。

26、从爆炸物理学知道，空气中爆炸引起的冲击波能量占爆炸释放能量的90%以上，冲击波形成以后会外传和内传，由于冲击波经过空气介质时是熵增加过程，波能会被耗散，在耗散中转化为不规则的热运动能，因而冲击波在传播中衰减很快，按每发高能催化材料装60g钝化黑索金炸药估算，在距离炸点100m处，冲击波的超压降至1g/cm2左右。对于高能催化材料来说，不论是波态能或非波态能，绝大部分爆炸能量集中于炸点100m以内。

27、步骤s4中，对于高能催化动力爆炸而言，它的冲击波产生的气压梯度力对气流起制动作用，把3～8m/s的上升气流制动到零。

28、步骤s4中，对于高能催化动力爆炸而言，它集中在炸点100m以内，这些扰动能量主要来自爆炸能，也可以由于运动因外界扰动的失稳或流动的内在随机性，是扰动发展，其能量还可以从基本流动中转来，因而扰动气流的能量可以是相当大的，如果取扰动能量最大值为25m2/s2，即扰动的平均量级为5m/s（对流云中观测值为7m/s）,这样一个以炸点为中心，强度迅速向周围递减的扰动场，与基本流的作用可以相当强。步骤s4中对雷暴系统起消减作用，包括雷达回波上表现雷暴系统强度减弱、雷暴系统产生分裂、回波塌陷顶高变低、产生的雷电强度变弱、频次变低等；对雷暴系统起消减作用的时间间隔为5-10分钟。

29、上述技术方案中，优选的技术方案还可以是，步骤s4.2中高能催化材料炸点包括：动力装置将高能催化材料发射以后，点燃高能催化材料引信产生动力爆炸的位置。依据雷暴系统消减难易程度，将带碘化银高能催化材料发射到雷暴系统移动路径上和内部合适部位，高能催化和传统催化剂共同起作用，从而达到消减雷暴系统目的。

30、本发明提供了一种基于高能催化方式消减雷暴系统的方法，对于雷暴系统监测与防护提升了一大步，形成了监测、预警、防护和干预一套雷暴系统闭环处理技术。

31、综上所述，本发明提供了一种基于高能催化方式消减雷暴系统的方法，利用人工干预方式消减雷暴系统，减少了雷暴系统伴随雷击、闪电、强风、冰雹和强降水的强对流天气对电力设施、森林、人身安全和建筑物等损坏，提高了抵御雷暴系统能力，也降低了雷暴系统致灾风险。经外场试验，通过scit单体追踪，发现没有人工干预的雷暴单体，生命史最长达到33个体扫（6分钟一个体扫），而经过人工干预以后的雷暴单体，有的很快减弱消散，有的仅维持1个体扫减弱消散，最长也只有维持4个体扫，也减弱消散，雷暴单体的生命史大为减小。