張修典,齊海超

（黑龍江省防雷中心，黑龍江 哈爾濱150030）

1 引言

雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估要考慮項(xiàng)目所在地氣象環(huán)境、地質(zhì)和地理環(huán)境、建筑物的重要性、使用性質(zhì)和發(fā)生雷電的可能性及后果，將這些諸多因素以數(shù)值或參數(shù)羅列表達(dá)，通過(guò)公式或繪圖方法計(jì)算出項(xiàng)目雷擊風(fēng)險(xiǎn)值與可承受的風(fēng)險(xiǎn)最大值,然后進(jìn)行比較，進(jìn)行經(jīng)濟(jì)損失、人員傷亡風(fēng)險(xiǎn)值估算，提出雷電防護(hù)設(shè)計(jì)指導(dǎo)。

大氣雷電環(huán)境評(píng)價(jià)是雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的基礎(chǔ)，雷電監(jiān)測(cè)網(wǎng)數(shù)據(jù)是進(jìn)行大氣雷電環(huán)境評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)要素，通過(guò)統(tǒng)計(jì)雷暴日、閃電定位、大氣電場(chǎng)等數(shù)據(jù)，分析雷電活動(dòng)時(shí)空分布特征，計(jì)算雷擊大地密度、年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)，劃分雷擊重點(diǎn)保護(hù)區(qū)域，綜合完成大氣雷電環(huán)境評(píng)價(jià)[1-2]。

2 黑龍江雷電監(jiān)測(cè)網(wǎng)簡(jiǎn)介

2005年初，黑龍江省建立了閃電定位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，黑龍江省閃電定位系統(tǒng)由21個(gè)探測(cè)子站組成，采用時(shí)差和方位混合多站綜合定位方法，主要探測(cè)的是云地閃，閃電資料包括時(shí)間、位置、性質(zhì)、強(qiáng)度、陡度、能量等參數(shù)，通過(guò)這些參數(shù)可以及時(shí)掌握雷電發(fā)生動(dòng)態(tài)。

閃電定位數(shù)據(jù)應(yīng)用于防雷科技服務(wù)諸多方面，根據(jù)閃電強(qiáng)度大小劃分雷電報(bào)警等級(jí)，若監(jiān)測(cè)得到的閃電強(qiáng)度超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)值，及時(shí)發(fā)出預(yù)警。當(dāng)某地發(fā)生雷電災(zāi)害時(shí)，閃電定位歷史數(shù)據(jù)可以為雷電災(zāi)害調(diào)查鑒定提供參數(shù)，為更好地分析雷擊原因、改進(jìn)避雷設(shè)施方案做支撐。另外通過(guò)大量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析來(lái)研究閃電的空間分布特征、云地閃密度及強(qiáng)度，分析雷電發(fā)生發(fā)展規(guī)律，有助于了解黑龍江省雷暴規(guī)律，對(duì)劃分雷災(zāi)區(qū)域，提高防雷技術(shù)服務(wù)水平有積極意義。

圖1 2006-2010年哈爾濱市正（負(fù)）閃強(qiáng)度分布圖

3 哈爾濱雷電監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

3.1 閃電定位數(shù)據(jù)

根據(jù)近5 a的閃電定位監(jiān)測(cè)資料統(tǒng)計(jì)分析，2006、2007、2008、2009、2010 年哈爾濱市閃電次數(shù)分別為 34 536、33 355、56 230、42 361、29 760 次，雷暴時(shí)間主要發(fā)生在19-23時(shí)，6月和7月是全年中雷電活動(dòng)最頻繁的兩個(gè)月，正負(fù)閃電強(qiáng)度主要集中在20-70 kA(圖 1)。

3.2 雷暴日

根據(jù)哈爾濱市1961-2011年氣象觀測(cè)資料統(tǒng)計(jì)，年均雷暴日數(shù)為32.5 d，屬于多雷暴區(qū)域。據(jù)黑龍江省雷電監(jiān)測(cè)網(wǎng)提供的哈爾濱市5 a雷暴天數(shù)資料表明：哈爾濱市年平均雷暴天數(shù)有29.6 d，最高年份可達(dá)40 d。

雷電主要發(fā)生在6-9月，一年中6、7、8月雷暴天數(shù)最多，1、2、3、11、12 月份較少， 哈爾濱市夏季雷電現(xiàn)象頻繁，每年雷暴天數(shù)的月變化呈單峰型特性，主峰在6、7月，最多時(shí)當(dāng)月雷暴日可高達(dá)18 d。

4 雷電監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)在雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中的應(yīng)用

傳統(tǒng)的雷電監(jiān)測(cè)僅依靠人工觀測(cè)確定雷暴日，雷暴日以單站為中心、一定區(qū)域范圍內(nèi)所聽(tīng)到的雷聲為依據(jù)，一天內(nèi)只要聽(tīng)到一次雷聲就算一個(gè)雷暴日，這個(gè)定義并沒(méi)有嚴(yán)格規(guī)定區(qū)域范圍和測(cè)量人員的聽(tīng)力能力，因此傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)方法并不能準(zhǔn)確表示雷電時(shí)空分布特征。閃電定位系統(tǒng)能彌補(bǔ)人工觀測(cè)的不足，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)云地閃電的發(fā)生，同時(shí)也存在一些不足，閃電定位系統(tǒng)只能監(jiān)測(cè)云地閃，不能監(jiān)測(cè)云閃，由于儀器過(guò)于靈敏，容易把環(huán)境噪聲作為閃電記錄在內(nèi)。因此只有剔除干擾因子，將數(shù)據(jù)對(duì)比分析處理后，才能用于雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等防雷技術(shù)服務(wù)中。

4.1 雷擊大地年平均密度計(jì)算

根據(jù)IEC 62305-2《雷電防護(hù)》和QX/T 85-2007《雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)規(guī)范》規(guī)定，雷擊大地密度Ng是指每年每平方公里所發(fā)生的雷擊大地?cái)?shù)量，雷擊大地密度值是計(jì)算建筑物年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)、確定建筑物雷電防護(hù)等級(jí)的一個(gè)重要參數(shù)，其值準(zhǔn)確度直接影響雷擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)論。

最新《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50057-2010）計(jì)算雷擊大地的年平均密度根據(jù)公式：Ng=0.1*Td（Td是年平均雷暴日）。根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀笈_(tái)、站資料確定的Td值，存在人工觀測(cè)誤差、區(qū)域劃分誤差等，觀測(cè)站過(guò)密容易造成數(shù)據(jù)疊加，重復(fù)記錄一個(gè)雷暴,所以由此計(jì)算的密度值不完全可信。

黑龍江省于2005年建立閃電定位監(jiān)測(cè)網(wǎng)，根據(jù)氣象臺(tái)閃電定位數(shù)據(jù)，黑龍江省雷擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中目前應(yīng)用網(wǎng)格法劃分項(xiàng)目區(qū)域，統(tǒng)計(jì)計(jì)算區(qū)域內(nèi)地閃總數(shù)，除以網(wǎng)格面積，得到雷擊大地年平均密度值。

4.2 雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域劃分

雷電次數(shù)和雷電強(qiáng)度是衡量雷電災(zāi)害發(fā)生概率及危害程度的重要參數(shù)，通過(guò)雷暴日數(shù)統(tǒng)計(jì)分析標(biāo)定雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域劃分強(qiáng)、弱雷區(qū)，對(duì)于全國(guó)范圍劃分雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域有實(shí)際指導(dǎo)意義，但細(xì)化到某一項(xiàng)目周邊區(qū)域，雷暴日數(shù)據(jù)觀測(cè)誤差直接影響風(fēng)險(xiǎn)值計(jì)算，因此，建立閃電定位數(shù)據(jù)庫(kù)，將地閃數(shù)據(jù)嵌入黑龍江省地理信息系統(tǒng)繪制雷擊大地密度圖和雷電流幅值累計(jì)概率圖，參考雷暴日數(shù)據(jù)，從而進(jìn)行雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域劃分。

依照劃分好的區(qū)域，在雷暴來(lái)臨之前，提供未來(lái)某一時(shí)段雷電發(fā)生的概率、密度和落區(qū)等，及時(shí)發(fā)送預(yù)報(bào)預(yù)警信息（通過(guò)手機(jī)短信平臺(tái)、公告顯示等氣象公共信息發(fā)布平臺(tái)），并采取相應(yīng)的措施（人員撤離、設(shè)備轉(zhuǎn)移、斷電等），就可以將可能的損失降到最低。

雷擊產(chǎn)生的雷擊電磁脈沖對(duì)電氣和電子系統(tǒng)的損壞是雷電災(zāi)害造成經(jīng)濟(jì)損失的主要因素，《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50057-2010）對(duì)防雷區(qū)進(jìn)行劃分，主要依據(jù)采取屏蔽措施后流入的電涌電流和雷擊電磁場(chǎng)強(qiáng)度的衰減程度大小。準(zhǔn)確劃分防雷區(qū)，有利于對(duì)后續(xù)防雷區(qū)采取電涌保護(hù)措施，如：對(duì)需要保護(hù)的設(shè)備進(jìn)行屏蔽外殼或機(jī)架安裝；在設(shè)備前端協(xié)調(diào)配合好多組電涌保護(hù)器安裝等。

雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估通過(guò)確定一定時(shí)段內(nèi)建設(shè)項(xiàng)目區(qū)域內(nèi)發(fā)生的雷擊次數(shù)，計(jì)算出到達(dá)評(píng)估對(duì)象的最大磁場(chǎng)強(qiáng)度閃擊，并畫(huà)出磁場(chǎng)衰減分布圖，計(jì)算出不同防雷區(qū)屏蔽系數(shù)和安全距離。

[1]易高流.雷電監(jiān)測(cè)資料在雷擊損害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中的應(yīng)用［J］.江西氣象科技，2004，27（4）：45-47.

[2]GB/T21714.2-2008,雷電防護(hù)［S］.