导语：雷电活动加剧，传统防雷范式却越来越“防不动”。近日，《高电压技术》网络首发的一项研究给出了一条新路径：不是等雷来了再扛，而是直接对孕育雷电的强对流云团“动手”。基于2022年和2025年三次独立强对流过程的干预试验，研究首次以实证方式证实了人工影响天气技术用于电网雷电灾害主动干预的工程可行性与可重复性：雷达回波强度骤降超30 dBZ，保护区域地闪频次最高下降91.2%。

　　观测数据揭示了当前雷电威胁的严峻态势，2024年国家电网经营区内雷电活动达1983.3万次，约为过去十年平均水平的1.3倍；其中2024年4月16日单日雷电活动次数达107.3万次，突破十年来历史极值。近5年，330 kV及以上线路因雷电导致的故障跳闸占到了45.3%。

　　随着新型电力系统快速推进，大规模新能源场站和换流节点广泛接入，雷电防御边界由传统线性走廊扩展至广域分布的立体空间。大量低抗扰性电力电子设备的存在，则显著增大了雷电电磁脉冲对并网系统及控制回路的损害风险。

　　长期以来，电网应对雷电灾害主要依靠提升监测预警精度和强化承灾体自身设防水平。通过雷电风险评估、差异化防雷改造以及避雷器规模化应用等措施，显著强化了电网雷电防护韧性。然而，这类措施大多仍属于“加固补强”式的被动防护范式。面对频次增多、范围扩大、强度超越现有设计标准的雷电灾害，传统防雷范式的边际效益急剧下降，且经济成本愈发高昂。更根本的局限在于，该范式无法在雷电灾害孕育、发生和发展的过程中进行干预，难以从源头消减致灾能量或改变其时空分布。

　　以火箭引雷、激光引雷为代表的主动防护手段虽已实现原理验证，但因受作业阵地固定、成本高及环境适应性等因素制约，暂不具备在电网大范围推广的条件。发展更灵活、更具工程适配能力的主动干预路径，已成为突破当前防护瓶颈的关键。

研究方案：多防线、多作业点协同播撒催化剂

　　人工影响天气是一种在适当条件下通过科技手段对局部大气物理过程进行人工干预、从而避免或减轻气象灾害的成熟技术，其科学基础可追溯至1946年冯内古特与谢弗对碘化银播云催化基础的确立。本研究将这一技术拓展至电网防雷领域，通过三次独立强对流过程干预试验，系统分析干预前后雷达回波强度与地闪频次的变化。

　　2022年7月27日干预过程（过程1）选取我国中部一次自西南向东北方向移动的强飑线过程。气象部门依据强对流系统的移动路径与演变趋势，共设置3道作业防线、12个作业点，各防线呈梯度布设。作业防线1由7个作业点组成，布设于飑线来流方向前端；防线2包含3个作业点，位于防线1东北侧；防线3由2个作业点构成，布设于最东北端作为末段防线。过程2和过程3分别为2025年6月14日针对中尺度对流复合体、2025年6月28日局地强对流单体的独立干预试验。

图 1 20220727 干预过程作业点空间分布与作业时序

核心发现一：雷达回波强度骤降超30 dBZ，形成明显“回波空洞”

　　2022年7月27日干预过程展现了清晰的抑制效果演变。该次雷暴过程对流单体于午后形成，至15:00发展为连续飑线弓形回波，最大回波强度达60 dBZ以上，作业区强回波（≥55 dBZ）覆盖面积约80.2 km²，此为干预前基准状态。

　　阶段一（防线1顺序作业，15:24–15:54）：单防线7个作业点采用顺序作业模式，经过作业区域的飑线主体未出现强回波面积或强度的明显下降，直至15:54才出现分裂迹象，表明单一防线作业尚不足以逆转对流增强趋势。

　　阶段二（防线2协同作业，15:54–16:24）：这是本次干预的显著抑制窗口。16:00，单体明显分裂为3个子单体，≥55 dBZ强回波面积减少至约55.8 km²。至16:18，原单体对应位置处形成一处明显的回波空洞，≥55 dBZ面积缩小至约29.43 km²，最大回波强度降至25 dBZ，降幅达35 dBZ。综合计算，双防线协同作业使强回波面积最大降幅达63.3%。

　　阶段三（单点零星作业反弹，16:24–16:36）：飑线主体移出防线2后，原强对流回波重新开始增强。仅12分钟内，≥55 dBZ面积从29.43 km²反弹至139.7 km²（增长约3.7倍），强度回升至65 dBZ，略超过干预前水平。防线3周边5 km范围内≥55 dBZ回波面积仅减少约8.3%，远低于防线1和2协同作业期间的效果。

　　这一反弹对比鲜明地表明：作业强度与空间覆盖密度直接影响强对流干预效果的显著性，多作业点协同、持续催化是抑制强对流发展的关键因素。

核心发现二：保护区域地闪频次下降55.8%以上，呈明确剂量依赖

　　雷电活动的时空演变特征与雷达回波变化高度吻合。研究以0.01°×0.01°网格统计了14:18–17:00时段内的雷电频次，三个椭圆形区域内的最大雷电频次呈现显著梯度：区域#1（第1道防线作业区）最低，为2次/km²；区域#2（靠近第3道防线，作业点较少）居中，为9次/km²；区域#3（未作业区）最高，达12次/km²。这一梯度的形成与作业条件直接相关：作业越持续、站点越密集，雷电抑制越显著。

　　按雷电响应特征，该过程同样可划分为三个阶段。阶段一（16:00之前，干预前背景期），作业区与未作业区雷电频次均呈波动上升趋势，两者变化趋势基本一致，表明干预前两区域雷电活动背景相近。阶段二（16:06–16:24，显著抑制期），作业区雷电频次由前一时段的52次/6min降至20–23次/6min，降幅达55.8%–61.5%；未作业区雷电频次跃增至约130次/6min，达峰值。两者差异最大时段为16:18–16:24，未作业区（132次）雷电频次约为作业区（21次）的6.3倍。该时段与雷达观测中强回波消散时段高度相符。阶段三（16:24以后，恢复期），作业区雷电频次逐渐回升，16:36–16:42增至约130次/6min，之后与未作业区同步减少。

核心发现三：三次独立试验一致验证，可重复性与普适性得到证实

　　为进一步说明抑制效果的普遍性，研究对比了三次不同时间、不同天气背景下的干预试验：

　　三次干预过程均呈现一致的抑制特征：干预后最大雷达回波强度由60~65 dBZ降至25~35 dBZ，降幅达30~40 dBZ；干预后地闪频次较干预前显著下降，降幅分别为55.8%、85.7%及91.2%。三次过程发生在不同年份、不同月份，干预前的对流强度与雷电活动水平也存在差异，但干预后均实现了显著抑制，表明人工干预作业的强对流和雷电抑制效果具有较好的可重复性和普适性。

机理初探：爆炸冲击波与扰动应力场从动力和微物理层面瓦解起电环境

　　基于观测到的回波减弱与落雷频次显著降低，研究对人工干预实现雷电灾害主动消解的物理机理进行了初步探究，分三个阶段阐释。

　　第1阶段——动力与微物理特征的初步响应。高炮发射的炮弹爆炸瞬间释放的冲击波与扰动气流场激发了显著的雷诺应力。该应力场与云内基本气流场发生强烈的非线性相互作用，不仅直接削弱并扭曲了冰雹云中原有的强盛上升气流，使得原连续飑线弓形回波发生最初的分裂。同时，物理扰动促使过冷水滴发生同质核化并迅速冻结为冰晶，或被迫破裂为微滴群，改变了原有相态平衡。

　　第2阶段——微物理相变引发云体结构的宏观演变。过冷水向冰晶的大量转化加速了云滴间的碰并过程，促使降水粒子快速形成。伴随背景上升气流的衰退以及扰动应力场激发的局部下沉气流，云内多尺度的水凝物被加速输送至地面，对流云团提前降水，使得单体继续分裂，≥55 dBZ强回波面积大幅减少。霰粒等大尺度冰相粒子的正常生长链被阻断，致灾大颗粒难以形成。降水粒子下落过程中，蒸发与融化吸收环境潜热，产生负浮力，驱动下沉气流占据主导，迫使强对流回波形成明显的回波空洞，对流云团提前消散。

　　第3阶段——起电环境的瓦解与雷电抑制。炮弹爆炸产生的机械冲击与对流结构的提前崩溃，直接破坏了局域空间电荷的有序分布。霰粒、过冷水等起电载体浓度的降低与电荷聚集区的消散，破坏了先导放电通道的形成条件，从而有效抑制了云地放电的发生，实现了降低电网雷击风险的目标。

工程意义与未来展望

　　本研究基于三次独立强对流过程的干预试验，证实了人工影响天气技术用于电网雷电灾害主动干预的可行性与可重复性。该方法采用高炮播撒催化剂，可根据强对流云团实时路径，采用车载移动方式动态布设多道防线，显著提升主动干预手段的灵活性与工程适配能力，弥补了现有固定式主动防护技术的短板。

　　与传统被动防雷范式相比，该方法从源头主动削弱雷电致灾能量，为电网防雷从被动防御转向主动干预开辟了新路径。多防线、多作业点协同作业的抑制效果远优于单点零星作业，表明空间覆盖密度与持续催化是影响抑制效能的关键因素。

　　未来应重点突破强对流云团孕灾态势的动态量化评估与智能决策技术，推动移动式干预装备与催化材料的性能升级，加快建立覆盖作业触发、高效实施与效果评估的全环节技术标准，完善多源观测数据融合下的效果检验方法，推动该技术从试验验证走向电网雷电主动防御的常态化业务应用，使其成为新型电力系统雷电防护体系的重要补充与升级方向。

论文信息：谷山强，李丰全，赵淳，李德俊，蔡力，李涛，王宇. 电网雷电灾害人工干预实证分析[J/OL]. 高电压技术. DOI: 10.13336/j.1003-6520.hve.20260522

作者单位：中国电力科学研究院有限公司；武汉大学电气与自动化学院；湖北省气象工程技术中心（华中区域人工影响天气技术中心）

通信作者：李丰全（lifengquan@epri.sgcc.com.cn）

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