人工控制龙卷风
人工控制龙卷风的可能性
——龙卷风成因新探

摘要：
  本文通过对观测到的龙卷风中的强烈的电现象的分析，提出一种新的观点，认为，总是产生在雷暴云中的龙卷风的形成机制，是雷暴云中携带的高密度等离子体形成了自然界的“旋转磁场”并发生复合，释放巨大能量而导致的，因此认为，人工控制龙卷风的可能途径就是采用现有的人工控制雷电的手段——破坏龙卷风中的强电场．

关键词：人工控制 龙卷风 旋转磁场 等离子体复合

  一、引言

美国中部是龙卷风的多发区，在那里，龙卷风每年都会给生命财产带来损失，其破坏程度甚至比地震还要严重。因此，人工控制和预防龙卷风，具有重要意义。
  关于龙卷风的发生原因与机制，各国气象学家已提出了若干种理论、假说，但这些理论与假说尚不能与观测事实很好地相符[1]。气象学家们还对龙卷风进行了许多理论模拟、实验模拟和数值模拟，但由于龙卷风“很难预报且具有高能量密度，对于科学观测者和人工影响天气工作者，它是一种令人生畏的挑战。工程人员被龙卷风搞迷糊了，因为龙卷能在局地使机械能高度集中，龙卷中产生动能速率为109W。”[1]因此在目前的认识水平上，尚无从对龙卷风施以人工影响和控制。然而有关龙卷风的一些重要观测信息，有可能帮助我们认清龙卷风的本质面目。
  龙卷风的破坏力是极为巨大的，最强大的所谓5F级的龙卷风足以把大树连根拔起，可以摧毁钢筋混凝土建筑物，把汽车和数十吨重的物体抛向空中。
  为了便于认识龙卷风的实质，这里尚需涉及一种目前已较常见的现象——所谓“飞碟”（UFO）现象。
  清华大学教授、气象学家李宪之先生指出，“横卧龙卷风留在空中的球形残余，在适当光学条件下，可以被人们在地面上观测到。所谓“飞碟”的实质，这可能是其中的一种。”[2]这种有可能就是龙卷风残余的“飞碟”，可能正是那种具有典型意义的可排除人为事物的“飞碟”。
  那么，龙卷风的实质是什么，它的“残余”是否具备“飞碟”的特质呢？大量观测到的现象及分析表明，龙卷风和它的“残余”都是可能是积雨云或大气中的大量富集的等离子体（静电荷）在作祟。这种认识是有充分理由的。

  二、龙卷风——自然界的“旋转磁场”？

  目前，人类已经清楚地知道，地球本身是一个带有大量负电荷的巨大带电体（地球表面积集了大约2×105库仑的负电荷），而在距地面几十公里高的大气顶层处，还存在由带电粒子组成的电离层和磁层，电离层、磁层与带负电的地面之间的电磁感应，使居住在地球表面上的人类及其同住在地表以上的生物——包括动物、植物、空气、山水等等，每时每刻都沐浴在这两种电荷所形成的“静电的海洋”之中。然而，在许多情况下，人们在观测认识自然现象时，却往往把这个“静电海洋”忘得一干二净，致使许多由静电导致的自然现象得不到合理的解释。
  研究表明，龙卷风通常都在雷雨包内形成[3]，更有资料显示，所有龙卷都同积雨云相联系。[1]而雷雨包中常常富集了大量等离子体。
  龙卷风为什么会有如此强大的破坏力？为什么会有如此高的能量密度？什么样的机制才能提供这样巨大的能量和破坏力？在目前人类已掌握的科学知识范围内，只有一种可能的机制，这种机制即是类似于感应电动机的工作原理的机制。即龙卷风可能是一种“自然界的旋转磁场”现象。
  这里首先需要了解感应电动机的工作原理：

  1。在定子铁芯上缠绕线圈，若给线圈通以交流电，可产生N极与S极交替变化的交变磁场。若设法缠绕线圈使其形状与交变磁场的产生时间相一致，则可产生环绕定子铁芯的旋转磁场。

  2。环绕定子铁芯的旋转磁场的磁力线，通过空隙流入转子铁芯并被转子导体横切。这时在转子导体内将产生感应电动势且有感应电流流动。

  3。转子铁芯一旦有电流流动，这个电流就要受到旋转磁场的作用，转子开始旋转。[4]
星座 性格
大量现象表明，产生龙卷风的积雨云常常携带了大量正负电荷即等离子体，从而形成强电
场，而变化的电场又会产生磁场，磁场中的洛伦兹力使电荷（等离子体）发生旋转而形成涡电流，只要涡电流的形状与交变磁场产生的时间相一致，就会形成旋转磁场，这个旋转磁场的磁力线流入外围带有大量等离子体的积雨云中并被（因携带大量电荷）已成为导体的外围积雨云“横切”，这时在外围积雨云中将产生感应电动势且有感应电流流动，这个电流受到旋转磁场的作用，就会带动周围积雨云发生猛烈旋转。由于开始形成的龙卷风的电磁场的电磁感应作用，靠近龙卷风的积雨云中的等离子体也会被感应卷入这个旋转磁场中来，使旋风迅猛增大。

  我们知道，“在雷暴云中，电荷量很大而且电荷有明显的分离，往往是上部带正电荷，中部带负电荷，在下部上升气流强的地方又带正电荷”[5]。而如所周知，地面一般情况下是带有负电的，由于正负电荷的相吸作用，而使下部带正电的龙卷风向地面延伸，形成漏斗状。
  同时，在这样的旋转磁场中，由于带有不同电荷的离子在运动中相互靠近、接触而发生复合，由于等离子体复合过程是放能过程，从而释放出巨大能量。
  这样的旋转磁场只有在达到一定条件时才能形成，而这样的条件可能主要取决于其电磁场
状态。就是说，只有在达到了一定的电磁场条件时，龙卷风才能形成。
  量现象充分表明，龙卷风确是一种典型的电过程。是低层大气中聚集的高密度等离子体形成旋转磁场并发生复合造成的。
  人们早已注意到，“龙卷风也能产生闪电”。而且，“人们早就发现龙卷风是很强烈的射电噪声发射源，其噪声与普通雷暴噪声很不同。噪声源也并不总在漏斗形附近，也可能在母云中”。[6]这种直接来自观测结果的重要信息，足以揭示龙卷风的本质特征。
  龙卷风的观察记录都充分显示了它的电性特征，如：1991年8月15日《解放日报》载：“本月7日晚8时起市郊松江金山青浦奉贤等县部分乡镇遭特大暴雨和龙卷风袭击，……龙卷风来时但见远方一片红光，接着响起隆隆如飞机掠过头顶、重型汽车声嘶力竭爬坡的巨大声音，此刻房子颤抖有如地震，待一些人奔出大门，大片楼房立刻被削去半截，几百公斤重的水泥预制板如纸片在空中游荡，其间只有二分钟左右时间……据松江县泖港乡大泥村一村民说龙卷风来时他还在楼上，忽见天昏地暗风雨大作，窗外无数红和兰火球滚动，他的一个20多岁的儿子准备去关窗子时火球击碎玻璃窗户，玻璃飞溅，他的儿子颈部出现两个大洞血流如注。”
  1994年7月13日《北京青年报•新闻周刊》载：“6月12日也是下午赤日炎炎似火烧，……4
点40分天上滚过几声闷雷，西北方向出现一团浓厚的灰黄的云像一面顶天立地的黑墙翻滚卷来并不断放射闪电。眨眼之间那团云变得乌黑呼啸着到了眼前，顿时天昏地暗，雨点夹杂着核桃大的冰雹砸下来，麦地和公路上摊晒的小麦不翼而飞。一棵棵成人都抱不过来的大树像火柴棒一样被折断，有的树被连根拔出，根部还带着几吨重的泥土躺在路边。还有的树皮被剥得一干二净，白晃晃的令人触目惊心。……龙卷风伴随着雷鸣电闪大雨冰雹。
  1974年9期《科学实验》刊有王作述的《龙卷》一文：“……从极少目击者的叙述来看，它的中心就像巨大的空心圆柱，四周旋转的云柱构成一座高耸的围墙，浓云低垂，使白天也像黑夜一样昏暗无光，但时而却有强烈的闪电把它照得辉煌透亮。除了这种奇特的外形，龙卷还伴有其它特征。在龙卷袭击前后常有冰雹、倾盆大雨及强烈的电闪雷鸣。在龙卷附近还可听到种种怪声，有时像野兽咆哮，有时又像万炮齐发，也有的像成千上万的蜜蜂在嗡嗡飞鸣。同时空气中还充满一种特殊的有点像硫磺燃烧或像臭氧的气味，这种气味可能与当时强烈的放电过程有关。”[7]
  1928年6月22日下午，美国堪萨斯的一位农民威尔•凯勒正在田间劳动。他偶然抬头往天空一看，只见一阵龙卷风正滚滚而来。他立即跑向掩体，就在他要关门时，忽然想起再看
一眼龙卷风的真面目。……他再往上一看，十分震惊地发现，他看到的是龙卷风漏斗的中心。……漏斗壁是快速旋转的云雾。在漏斗内部有不断的闪电，明亮耀眼，刺眼的电光曲曲折折地从一侧射向另一侧。[8]
姚叶青、魏鸣等对2003年7月8日23时20分，发生在安徽省无为县百胜镇和六店镇的龙卷风进行了研究，利用闪电定位资料分析发现，“龙卷闪电存在于雷暴的发展后期、成熟和消亡阶段，且空间上密集，时间上峰值频率相对较大，而非龙卷的闪电开始于雷暴消亡后或在时空分布上较稀疏。”[9]
  强烈的电闪雷鸣，红和蓝的火球，充分显示了龙卷风的电性特征。
  国外的大量观测资料也证实，陆龙卷中存在很强的带电现象。弗洛拉引用了哈里逊的结论：“一个独特而且具有很强特点的闪电几乎总是伴随着陆龙卷。”
闪电和陆龙卷之间的密切联系的真实证据，是由琼斯所做的无线电“静电”测量证实的。他根据风暴电子探测仪测量得出的结论是：在产生陆龙卷的风暴中，闪电的放电是以每秒10或20次的速率出现的，这大约是普通风暴中放电速率的10倍。（这样快的闪电速率表明龙卷风中等离子体密度极高，高密度等离子体的快速复合放能也为龙卷风提供了强大的动能。）
  ……观测者报告了种种带电现象，如像连续不断的闪电，耀眼发光的云、火球或在陆龙卷管子中显示出像7月4日的彩焰火。……另外还有一些说明电效应的现象。在漏斗附近经常观察到强烈的圣埃尔莫火和闻到很可能是臭氧或氧化氮的气味；已报道过嗡嗡响声和嘶嘶声示意着漏斗附近的放电，也已注意到在陆龙卷经过之后，沿路植物和地表土壤的脱水。……陆龙卷经常还带有串珠状闪电、白热光或爆发的火球。[10]
  陆龙卷附近磁场及地电流的测定表明，大幅度的偏转同漏斗云的降落是一致的。简单的电流模式计算表明，至少几百安培的电流必须被解释为磁场中观测到的偏转的原因。大约10分钟的时间内225安培稳定电流的存在，就以每秒将近1010焦耳的速率提供焦耳热量，并促成一个135000库仑的总负荷的运转。这种计算意指一个陆龙卷所带有的电量，相当于同时活动的几百个孤立的雷雨组所产生的电流量（Marx Brook：《科学》，1967年157卷1434页）[10]
  1890年8月18～19日法国的陆龙卷与带电的风暴中，在强风暴影响的整个时间内，闪电连续不断。在不同的地方都嗅到了臭氧的臭气。在雷诺，正在照料一头在草地上吃草的乳牛的一位妇女，曾看见自己被包围在紫的光芒之中。这些光芒是如此之强，致使这个妇女由于惊恐用她的手捂住了脸。[10]
  见证人曾报告过发生在布莱克威尔的旋风。他们说，有强烈的电活动的证据。“……看到旋风漏斗的上方，在顶部附近有火，很像孩子们玩的独立节彩焰火。”……这种光的颜和电焊时所发出的颜再也相象不过了，但要亮得多。光是这样的强烈，以至当没有云遮挡时，亮的耀眼必须转过脸去。……旋风漏斗上自云端下至地面，都被光照耀着。那是一种不动的、深蓝的光，非常之亮。在它的中央，从上到下有桔黄的火。……当它沿地平面摆动时，桔黄的火或电会从漏斗的底部迸出，而且向上卷的风会把火带入空中而造成一种骇人的光——而后消失！[11]
  这些强烈的电活动充分表明龙卷风是由高密度的等离子体云团形成旋转磁场并发生复合放能而形成的。
  俄国科学家也已指出“龙卷风是电涡旋的产物”。“在龙卷风、陆龙卷以及其他中尺度大气涡旋中主要是电涡旋流体动力效应。……首先是由于下沉气流压缩（磁流体动力收缩效应）和电离空气被磁场吸引而使涡旋转动力加强的结果。”[12]
  这也可能就是为什么大多数龙卷风在北半球是逆时针旋转，在南半球是顺时针旋转[2]的原因：南北半球磁极相反，故具有强电场和强磁场的龙卷风由于受地球磁场的影响而旋转方向也相反。
  当龙卷风中的电场很强时还会形成火龙卷和发光的龙卷。火龙卷所到之处，会引发重大火灾。如1871年10月8日，在美国中北部的威斯康星州发生了一次火龙卷灾害。据目击者艾尔弗雷德•格里芬说：“当我们听到龙卷风的呼啸声时，我逃出屋子，看到远处树顶上有一个像火球一样很大的黑物体在空中转动着，向我家房子靠近，一到房子那儿，轰隆一声，似乎爆炸了，顿时我家成了一片火海。”这次由火龙卷导致的森林大火，席卷了威斯康星州东北部的格林贝湾两岸，约有2000人丧生。[5]
而“发光的龙卷”，据1975年英国《气象杂志》报道，一个名叫蒙哥马利的人说：“龙卷风在我东面900多米处，漏斗云的顶部有明亮的光辉，围绕漏斗云旋转的碎云片被它照亮。”另一个目击者赫姆特说：“龙卷漏斗呈深蓝……它的中心，有橘黄火焰……像一个巨大的霓虹灯，挂在空中摇晃……”[5]
  显然，这可能正是龙卷风中的大量等离子体发生复合导致的现象。
  由于龙卷风具有强大电磁场，其对金属物体的作用尤其明显，可以将汽车“搬”至二楼，将巨大的火车搬出轨道以外[3]。
  龙卷风一般寿命很短，由于等离子体的不断复合，它会迅速衰减。而其“残余”，必然会成为快速旋转的云团状物体。作为这种具有强电场和强磁场的龙卷风残余——飞碟，也必然
具有下述特性：它会有很高的运动速度，飞速旋转，发光，可以影响电子、机械设备、汽车引擎等等。而这正是大量报道的飞碟现象的典型特征。“着陆”的“飞碟”还会把附近的草木烧焦，并留下强磁场痕迹，也许正是龙卷风的残余中的强电场的恶作剧。
cad注册机犹如在电动机中的情形一样，在龙卷风或台风中，一部分积雨云成为了“定子”，而另一部分的积雨云则成为“转子”，这可能是为什么在龙卷风或台风的中心气流很稳、很弱、气压很低的原因——龙卷风中心形成了“定子”。
  1957年4月2日在美国Texas州Dallas所拍摄的自下向上的龙卷风的照片中，照片里层次分明，中心浓暗，稍外一轮亮圈，再外又浓暗成圈，它的外面又是明亮的一环，环的一面是十分光亮的，另一面是浓暗的。[2]这明暗不同的圈环，极可能正是正负电荷的分布区域。
  由此可以推测，龙卷风的强度和持续时间可能取决于雷暴云中等离子体积累的程度：等离子体积累愈多、密度愈高，则龙卷风风力愈强，持续时间愈长，摧毁力也愈大。

  三、龙卷风中的异常现象

  当龙卷风袭来的时候，常常会有一些超乎常规的现象发生。
  美国圣路易斯市在1896年发生过一次旋风，使一根松树棍竟轻易穿透了一块一厘米左右的钢板。1919年，发生在美国明尼斯达州的一次旋风，使一根细草茎刺穿一块厚木板，而一片三叶草的叶子竟像模子一样，被深深嵌入了泥墙中。纸质的扑克牌牢牢地嵌在了木板上。[3]
  尤其令人惊奇的是，1928年，在美国堪萨斯州发生了一桩古怪的事情：一间框架结构的房子墙壁被一根炭化的木头戳穿，而这根较脆的木炭竟然丝毫无损。[13]
  为什么龙卷风中会出现这些奇异的现象呢？应该怎样看待这些似乎不能用现有科学理论解释的现象呢？首先，这里有一个真实性的问题，存在两种可能性：一种可能，它是真实存在的，但现有的资料尚不能完全证实这一点；另一种可能，它是虚假的，并不存在这些奇异现象，但现有资料也不足以排除它。
  对此我们不妨采取一种乐观的、积极的、建设性的态度，尝试探讨一下，当它作为一种客观存在时，它的可能机理是什么。——如上述，龙卷风中存在由大量等离子体形成的强电场和强磁场，那么造成这种奇异现象的原因可能源自于这种强电磁场。
  这实际上是一种等离子体条件下的特异化学反应。现代科学实验已充分证明，在等离子体条件下，物体的物理、化学性质会发生巨大变化，许多只能在高温高压条件下才能发生的
反应在常温常压下即可进行。
最感人的一段话  分析认为，龙卷风中的物体“穿壁”后障碍物与穿障物体均完好如初的可能机理是：龙卷风的强电场使障碍物和穿障物体都“准电离”化了：即物体中的原子核和核外电子被电场中的电子、离子碰撞而冲出了原来的“轨道”，但尚未越出与原子核发生相互作用的极限“距离”（处于一种“若即若离”的状态），由于其时原子核与核外电子的相互作用已很微弱，成为相对独立的离子和电子，从而失去了原有的物质性（不可入性），变成了准电离态的“透明”的物体而具有较强的穿透能力。当这种“准电离”的物体互相穿越之后，如果此时电场迅速衰减，被“准电离”的这些原子核和核外电子由于其间尚有一定的相互作用（库仑力）存在，就会重新复合为原初的原子、分子。因此，物体穿障后障碍物与穿障物都不会受损而完好如初。（不过，在这个过程中，不可能所有的原子都“物归原主”，而更多的可能是“阴差阳错”、“移花接木”。复合后的物体看起来完好如初，实际上已发生变化。）如果穿障后的“准电离”的物体遇上了更强的电场，物体就可能会完全电离，无法复合为原来的物体。而穿障后电场迅速衰减的概率不高，所以此类现象也比较罕见。
  不难看出，龙卷风中的许多异常现象与“飞碟”引起的异常现象有异曲同工之妙。“飞碟”也常常导致电子仪器失灵、汽车引擎熄火等等。例如，1985年5月26日苏联基辅上空出现了
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七个“飞碟”，一架米格式战斗机起飞拦截，看到当中一个“飞碟”，大如足球场，逼近时，飞行员突然感到无法前进，失去控制，发动机突然停止，跟着便旋转下坠，飞行员只得离机跳伞。[2]很可能这些“飞碟”，不过是富集了大量等离子体的云团而已。在强电场的干扰下，飞机上的电路系统将无法正常工作，因而使发动机突然熄火，飞机失去控制。强电场同样会使汽车的电火花点火系统失灵，导致汽车发动机突然熄火。
  当然这种富集了等离子体的云团式飞碟，并非总是龙卷风的“残余”，在一定条件下，它也可能直接从雷暴云中分离出来。当因太阳活动剧烈、太阳风显著增强，而使磁层、电离层显著压缩时，即使在晴朗的天空中也可能由于电离层中的高密度等离子体云团对流到低层大气而出现这样的“飞碟”。这种十分特殊的等离子体云团可能由于其正负电荷分布不均匀，复合速率较低，因而可以维持一定时间的寿命。由于等离子体复合本身是一个放能过程，且等离子体云团本身质量很小，只需要不大的能量，就可以使它以极高的速度运动。当它与其他物体相撞时，如果被撞物体是易燃物的话，就可能引起该物体燃烧甚至爆炸。当它突然因某种条件发生快速复合时就会立刻消失得无影无踪。

  四、人工控制龙卷风的可能途径


  既然积雨云中的等离子体形成旋转磁场并发生复合极可能是导致龙卷风的元凶，那么人工控制龙卷风，消除龙卷风灾害的有效方法就是破坏龙卷风的电磁场。
  目前，人工减弱雷暴云中的电场以控制闪电的实验已有重要进展，取得了成功经验。目前采用的降低雷雨云中大气电场最简单而又现实的办法，就是用火箭或飞机在雷雨云中撒播大量金属细丝或镀有金属的尼龙细丝[14]。同样的方法应该也可用来消除龙卷风的强电场，一旦龙卷风的电场被消除，龙卷风失去了动力，也就会自然消亡了。 我们的爱是你的翅膀
  不过由于龙卷风风速极大，火箭或飞机作业难度较大，也许采用目前已实验成功的激光引雷的方法消除龙卷风的电场，可能是最有希望的可行的方法。或者，在易受龙卷风袭击的城镇周围架设足以消除龙卷风的消雷器网络，使龙卷风接近网络后电荷迅速中和而瓦解。



参考文献：
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[11][美]W.R.柯尔利斯．刘乃隆等译．奇异自然现象·上．北京：地质出版社，1983，94～96 山东移动积分商城
[12]〔俄〕Л.Г.КаЧУРИИ．人工影响大气过程的物理基础．北京：气象出版社，1994，402
[13]张弓．变幻的气象．广州：广州出版社，1997，62，
[14]向英、柯儒杰．我叫天公重抖擞——人工影响天气．北京：中国建材工业出版社，1998，114

（本文原载《自然杂志》2002年第5期，现对主要观点作了较大修改，并补充了一些资料．）

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