摘要 根據(jù)河南省2007—2016年雷電災害資料，分析了河南省123個縣級行政單位的雷電災分布特征，討論了雷災分布與地閃分布的關(guān)系，并從雷災記錄中提取了3個災度指標，利用熵權(quán)綜合評價模型對河南省123個縣級行政單位的區(qū)域雷電災情進行評估，對雷電災害災度空間分布做了等級劃分。結(jié)果表明，2006、2007、2008和2011年為雷電災害高發(fā)年份;全省的雷災主要集中在6—8月，8月最多;城市的雷災次數(shù)明顯多于鄉(xiāng)村地區(qū);電力、通訊、石化、金融和文教為全省主要雷電災害損失行業(yè)。綜合災情指數(shù)G分布反映了不同地區(qū)受雷電災害的嚴重程度，其中焦作市區(qū)、濟源市區(qū)、鶴壁市區(qū)、信陽市區(qū)、商水縣、?？h、開封市祥符區(qū)（原開封縣）和方城縣為受災較重的地區(qū)。該文為區(qū)域防雷減災規(guī)劃提供了科學依據(jù)。

關(guān)鍵詞 雷電災害;雷災特征;災度;熵權(quán)綜合評價模型

中圖分類號：P429 文獻標識碼：A 文章編號：2095-3305（2019）05-032-04

DOI： 10.19383/j.cnki.nyzhyj.2019.05.015

Characteristics Analysis and Regional Damage Evaluation of Lightning Disaster in Henan Province

CHENG Li-dan（Henan Meteorological Disaster Prevention Technology Center，Zhengzhou，Henan 450003）

Abstract According to the lightning data from 2007 to 2016 and disaster data in Henan Province，the distribution of lightning disasters in 123 counties of Henan Province was analyzed，and the relationship between the distribution of lightning disasters and ground flashes was discussed. Three evaluation indices were selected to present a comprehensive assessment for the lightning disasters in 123 counties of Henan Province，with the entropy weight synthetic evaluation model used for natural disaster assessment. Comprehensive disaster index G of 123 counties was divided into 4 levels. The results showed that 2006，2007，2008 and 2011 were the high incidence years of lightning disasters. Lightning disasters mostly occurred in June，July and August. Cities suffered from more lightning disasters than villages. Power，communication，petrochemical，financial and cultural industries were the main lightning disaster loss industries in Henan Province. The distribution of comprehensive disaster index G reflected the severity of lightning disaster in different areas. Jiaozuo City，Jiyuan City，Hebi City，Xinyang City，Shangshui County，Junxian County，Xiangfu District of Kaifeng City （formerly Kaifeng County） and Fangcheng County were heavy lightning disaster areas. This paper provided a scientific basis for regional lightning protection and disaster reduction planning.

Key words? ?Lightning disaster;Characteristics of lightning disaster;Disaster degree;Entropy weight synthetic evaluation model

雷電災害是聯(lián)合國公布的10種最嚴重的自然災害之一，也是目前我國十大自然災害之一，被稱為“電子時代的一大公害”。近年來，隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，以及耐壓水平低、價值高的微電子設(shè)備的廣泛應用，雷電危害造成的損失和影響也越來越大。據(jù)保守估計，我國每年因雷電災害造成的直接經(jīng)濟損失達數(shù)億元，而由此造成的間接經(jīng)濟損失則難以估計[1]。隨著我國經(jīng)濟和現(xiàn)代化科學技術(shù)的飛速發(fā)展，雷電災害所造成的社會損失也日益凸顯，因此研究雷電災害特征和進行災情評估對于防雷減災工作具有重要意義。

近年來，國內(nèi)的不少學者對區(qū)域性雷電災害特征和災情評估進行了研究分析，馬宗晉等根據(jù)我國自然災害的實際情況，提出了“災度”概念，并用自然災害的災度等級判別方法來進行災情評估[2];張?zhí)m生等將致災因子、承災體等7個因子進行綜合，得到全國6個地區(qū)26個區(qū)93個小區(qū)的災害區(qū)劃方案[3];高燚等通過分析統(tǒng)計我國雷擊致人傷亡特征，對全國的雷災易損度進行了評估區(qū)劃[4];郭虎等將衛(wèi)星雷電資料和雷電災害資料相結(jié)合，分析了北京地區(qū)雷電災害的時空特征，總結(jié)出北京市雷電災害評估模式[5-6]。殷嫻等通過層次分析法（AHP法）建立災情評估層次模型和災度評估方程計算災度值，并利用SAS中聚類分析過程對災度進行分級，分析各級雷災在云南各地區(qū)的分布情況[7];朱浩等利用熵權(quán)綜合評價模型對安徽省的區(qū)域雷電災情進行評估[8]。

河南地處中緯度地帶，位于我國中東部，地形復雜，有山地、平原、丘陵等。河南地跨暖溫帶和北亞熱帶兩大自然單元，處于我國東部季風區(qū)內(nèi)，四季分明、雨熱同期、氣候復雜多樣，雷電是常見的氣象災害之一，每年都會造成較大的經(jīng)濟損失和人員傷亡[9]。為了有效規(guī)避風險，達到優(yōu)化資源配置，為防災減災工作提供理論支持，開展河南省雷電災害特征分析和區(qū)域災情評估非常必要。

1 資料與方法

1.1 資料來源及處理

河南省雷電災害統(tǒng)計資料來源于《全國雷電災害匯編》和全省各地市上報的統(tǒng)計結(jié)果，鑒于雷電災害的突發(fā)性和隨機性較強，雷電災害上報收集工作復雜，部分地區(qū)雷電災害記錄難免存在不規(guī)范和缺失的情況，因此該文采用的是全省雷電災害的不完全統(tǒng)計結(jié)果，對災情資料進行分類和處理，可基本確保災情資料的代表性。

為了更加直觀地了解到21世紀以來河南省的雷電災害年分布情況，雷電災害年分布特征所用年雷災起數(shù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)為2000—2016年，由于2000—2007年的其他雷災相關(guān)數(shù)據(jù)不夠詳實，故除“2.1”外的文章其他部分所用統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)仍為2007—2016年。

閃電定位資料來源于河南省ADTD閃電定位系統(tǒng)2007—2016年的測量數(shù)據(jù)。利用Matlab軟件對閃電定位資料進行格點化處理，利用Arcgis軟件進行數(shù)據(jù)插值和可視化出圖，通過圖層疊加，對雷災數(shù)據(jù)和閃電定位數(shù)據(jù)的時空分布、雷災綜合評價指數(shù)的空間等級分布進行作圖。

1.2 主要研究方法

在對河南省區(qū)域雷電災害災情評估時主要采用的是熵權(quán)綜合評價模型。熵權(quán)綜合評價模型是一種基于熵權(quán)理論和綜合指數(shù)法相結(jié)合的方法，可對自然災害災情進行綜合評價和研究。該方法已應用于我國的臺風、地震等災情評價中，具有很好的效果[10]。

當某次災情評價共有m個評價指標，n個評價對象，其計算模型為：

Gi=■wj×xij，i=1，2，…，n（1）

式中，Gi為每個對象的災情綜合評價指數(shù);xij為將評價指標歸一化后第j個指標的無量綱化值;wj為第j個指標的權(quán)重值;xij和wj的計算方法如下。

（1）將n個評價指標和m個評價對象構(gòu)造總評價矩陣：R=（rij）m×n，i=1，2，…，n;j=1，2，…，m。對矩陣R進行歸一化處理，得到無量綱化值xij，公式為xij=■。

（2）定義熵。在有m個指標、n個被評價對象的評估問題中，第i個指標的熵為hi=-k■fijlnfij，式中fij=rij/■rij，其中，k=1/lnn，當fij=0時，令fijlnfij=0，求得fij的值。

（3）定義熵權(quán)。定義了第i個指標的熵之后，可得到第i個指標的熵權(quán)：

Wi=■（0≤wi≤1，■wi=1）

（2）

2 結(jié)果與分析

2.1 河南省雷災分布特征

2007—2016年河南省境內(nèi)共發(fā)生雷電災害事故757起，因雷擊造成65人死亡，40人受傷，造成直接、間接經(jīng)濟損失達6 000余萬元。雷電災害事故多發(fā)生在下午至晚上;人員傷亡事故大多發(fā)生在開闊的曠野地帶或者沒有完善防雷設(shè)施的室內(nèi);傷亡人員基本為農(nóng)村群眾，城市雷災主要是通信、電子設(shè)備及其他弱電設(shè)備的損失。

2.1.1 年分布特征 由圖1可知，雷災次數(shù)呈單峰特性。從2001年開始雷災次數(shù)逐年增加，至2006年陡增至高峰，達到317次。隨后又逐年減少，至2009年大幅度減少至100次以下，2011年有所抬升，達101次。2012—2016年雷災次數(shù)從33次減少到近幾年的個位數(shù)。究其原因，21世紀以來隨著城鎮(zhèn)化規(guī)模的擴大和電子信息技術(shù)的迅速發(fā)展，電子化集成程度越來越高，電子元件耐壓水平低、抗干擾能力弱，為雷擊電磁脈沖提供了較好的孕災條件，而雷電防護措施尤其是對電子信息系統(tǒng)的雷電防護措施尚不完善。近幾年雷災次數(shù)減少的原因，一方面閃電頻數(shù)和雷暴日數(shù)確實沒有往年多，另一方面社會大眾的雷電防護意識逐漸加強，雷電防護措施尤其是對電子信息系統(tǒng)的防護措施正逐漸完善，全省的雷電防護工作取得了一定成效。另外也與上報單位近幾年對雷災上報的重視程度有一定關(guān)系。

2.1.2 月分布特征 由圖2可知，河南省的雷災主要集中在6—8月，約占雷災總數(shù)的80.5%，其中8月雷災次數(shù)最多。結(jié)合河南省閃電定位資料發(fā)現(xiàn)，全省的閃電也主要發(fā)生在6—8月，約占總閃電頻數(shù)的88.6%，其中8月閃電最多，約占總閃電頻次的45.4%。由此可以看出，雷災次數(shù)與閃電頻數(shù)的月變化有較好的一致性。

2.1.3 地域分布特征 為了研究河南省雷災的空間分布特征，以縣為基本行政單位，以年平均雷災次數(shù)來衡量不同地域的雷災發(fā)生頻率（圖3）。河南省大部分的縣（包括縣級市）年平均雷災次數(shù)均不超過2次。其中焦作市最多，為5.2次/年，其次是方城縣，為5次/年。另外，鄭州市、開封市、安陽市、鶴壁市、焦作市、濟源市、平頂山市、信陽市及個別市轄縣平均雷災次數(shù)超過3次/年，為全省雷災高發(fā)區(qū)。

從圖4和圖3的對比可以看出，大體上閃電活動較多的地區(qū)雷災發(fā)生次數(shù)也較多。如西北焦作和新鄉(xiāng)部分地區(qū)、南陽和駐馬店部分地區(qū)。但有些地區(qū)，安陽部分地區(qū)、開封市和羅山縣等雷電活動相對較少，但發(fā)生雷災次數(shù)卻較多。周口部分地區(qū)、南陽中部地區(qū)雷電活動較多，但發(fā)生雷災次數(shù)卻較少。這說明雷電災害的發(fā)生不僅與自然雷電活動分布有一定的關(guān)系，還與地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展結(jié)構(gòu)與水平、雷電防護水平等因素有關(guān)。

由圖5可知，河南省平均地閃強度較大的地區(qū)主要位于接近省界的周邊地區(qū)，如濮陽、商丘、周口、信陽、南陽和三門峽的大部分地區(qū)大都在32 kA以上。強度較小的地區(qū)主要位于中部偏西，如焦作、鄭州、許昌和平頂山的大部分地區(qū)及洛陽南部。與圖4相比，總的來說，閃電強度較大的地區(qū)，閃電密度會較小，這主要和電荷守恒有關(guān)，總電荷是一定的，一旦閃電發(fā)生的次數(shù)多，單次閃電釋放的能量就少，相反，閃電較少時，各次閃電中和的電荷就較多[11]。

2.1.4 城鄉(xiāng)分布特征 將河南省2007—2016年的雷災資料按災害的損失類型及城市和鄉(xiāng)村分類進行統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)城市的雷災次數(shù)明顯多于鄉(xiāng)村地區(qū)，城市的雷災次數(shù)約占總雷災次數(shù)的68.6%，鄉(xiāng)村地區(qū)雷災次數(shù)僅占總雷災次數(shù)的31.4%。從雷災造成的損失類型來看，鄉(xiāng)村地區(qū)的傷亡人數(shù)占總傷亡人數(shù)的82.9%，鄉(xiāng)村地區(qū)雷災造成的人員傷亡占鄉(xiāng)村總雷災次數(shù)的46.6%，而城市雷災造成人員傷亡僅占城市總雷災次數(shù)的5.1%。發(fā)生在城市的雷災以造成物理損害（電氣和通信產(chǎn)品設(shè)施損壞）和經(jīng)濟損失為主。由此可見，鄉(xiāng)村地區(qū)的雷擊風險主要為人員傷亡，且大都發(fā)生在夏季戶外區(qū)域，城市區(qū)域的雷擊風險主要為物理損害和經(jīng)濟損失。這說明農(nóng)村地區(qū)相關(guān)直擊雷防護措施不完善，群眾的防雷意識較淡薄，處于戶外的人員在雷暴來臨前不能采取有效的防御措施，在樹下、田間等區(qū)域避雷躲雨導致雷擊人身傷亡事故。因此，完善直擊雷防護措施是鄉(xiāng)村地區(qū)防雷工作的重點，同時應加大農(nóng)村地區(qū)防雷知識宣傳，提高農(nóng)村雷電災害防御能力;城市區(qū)域應將防雷工作重點放在完善防雷電波侵入和雷電感應防護措施上。

2.1.5 行業(yè)分布特征 由圖6可知，雷電主要對民用、電力、石化、通信、金融、文教、交通、旅游等行業(yè)影響較大。民用行業(yè)主要是雷電對民房和人身造成的災害，占雷災總數(shù)的43%;其次雷災嚴重的三大行業(yè)依次為電力、通信和石化，分別占總災害次數(shù)的12%、10%和9%。電力行業(yè)的輸變電設(shè)備等露天分布較廣，遭受雷擊的概率較大，直擊雷電流通過高壓輸電線路侵害變壓器，電力設(shè)施的損壞會導致大面積停電，造成較大的經(jīng)濟損失。隨著大規(guī)模集成電路和智能化電子設(shè)備在通信行業(yè)中廣泛應用，雷擊電磁脈沖（LEMP）的危害愈發(fā)嚴重是其頻繁遭受雷電災害的主要原因。石化行業(yè)多為易燃易爆場所，在發(fā)生雷災時，容易發(fā)生火災和爆炸，造成嚴重的經(jīng)濟損失和人員傷亡。交通行業(yè)主要是雷電對高速公路收費站系統(tǒng)造成的危害，影響車輛正常通行;對依賴計算機來進行數(shù)據(jù)處理和存儲的金融系統(tǒng)來說，雷電造成的損失主要是數(shù)據(jù)丟失、網(wǎng)絡(luò)癱瘓和監(jiān)控失效，使業(yè)務不能正常運行帶來的損失;文教行業(yè)主要是雷電對學校的影響，包括對學生的人身傷害和校舍受損。其他行業(yè)所占比例雖然較小，但可以看出雷電災害基本覆蓋了社會生活的各行各業(yè)。因此，應根據(jù)雷災在不同行業(yè)分布的差異有的放矢，有針對性地完善防雷保護措施，減小其遭受雷災損失的風險。

2.2 河南省區(qū)域雷電災情評估

目前，區(qū)域性的雷電防護工作主要有雷電災害的風險區(qū)劃、雷電易損性區(qū)劃和潛勢指標探討等[8]。雷電災情評估可從實際災情出發(fā)研究不同區(qū)域受雷災影響程度，找出特定區(qū)域在雷電防護工作中的薄弱環(huán)節(jié)，為完善區(qū)域性雷電防護工作提供科學依據(jù)。

2.2.1 評價指標的選取和指標權(quán)重的分配 根據(jù)GB/T 21714.2-2015的規(guī)定，雷電災害主要引起的損失類型包括人員傷亡損失、公共服務損失、文化遺傳損失和經(jīng)濟損失。其中人員傷亡損失和經(jīng)濟損失針對于建筑物和設(shè)施，為雷電災害風險評估中的重要參數(shù)?；诤幽鲜±诪馁Y料，以河南省123個縣級行政單位為評價隊形，對雷電災害評價指數(shù)G值的大小衡量各對象受雷電災害影響程度。選取3個評價指標，分別為年平均雷災次數(shù)（N）、年平均傷亡人數(shù)（M）和年平均經(jīng)濟損失（E）。利用“1.2”中式（2）計算出3個評價指標N、M和E權(quán)重分配依次為0.326、0.526和0.148。

2.2.2 區(qū)域災情評估及結(jié)果分析 將評價對象及評價指標構(gòu)造總評價矩陣R，利用“1.2”中式（1）計算得到各評價對象的雷災綜合評價指數(shù)（表1）。

采用等間距法將123個縣級行政單位按照綜合評價指數(shù)G大小分為4個等級。其中G=0的等級為0級，這些區(qū)域沒有雷災發(fā)生或有雷災沒有上報，有南樂縣、民權(quán)縣、衛(wèi)輝市等地區(qū);其中G在（0，0.2]區(qū)間的區(qū)域雷災等級為1級，這些地域受災影響相對較輕，主要有鄭州市區(qū)、洛陽市區(qū)、長葛縣和鄲城縣等地區(qū)，此類地區(qū)所占面積較大;G在（0.2，0.4]區(qū)間的區(qū)域雷災等級為2級，這些地區(qū)雷災程度居中，有安陽縣、襄城縣、新鄉(xiāng)市區(qū)、孟津縣、開封市區(qū)和駐馬店市區(qū)等地區(qū);G>0.4的區(qū)域雷災等級為4級，這些區(qū)域受災情況比較嚴重，有焦作市區(qū)、濟源市區(qū)、鶴壁市區(qū)、信陽市區(qū)、商水縣、?？h和方城縣（圖7）。

3 結(jié)論

通過分析河南省雷電災害的時空分布特征，并利用熵權(quán)法對區(qū)域雷電災情進行了評估，得到以下結(jié)論。

（1）近10年來，河南省雷電災害次數(shù)分布呈明顯下降趨勢，2006、2007、2008和2011年為雷電災害高發(fā)年份，雷電災害次數(shù)均超過100次;全省的雷災主要集中在6—8月，8月最多;雷災次數(shù)與閃電頻數(shù)的月變化有較好的一致性。

（2）河南省的雷災高發(fā)區(qū)主要分布于西北部。其中焦作市最多，為5.2次/年，其次是方城縣，為5次/年。另外，鄭州市、開封市、安陽市、鶴壁市、焦作市、濟源市、平頂山市、信陽市及個別市轄縣平均雷災次數(shù)超過3次/年，為全省雷災高發(fā)區(qū)。閃電密度分布與雷災分布有較好的一致性。

（3）城市的雷災次數(shù)明顯多于鄉(xiāng)村地區(qū)。農(nóng)用、電力、石化、通信、金融、文教、交通、旅游等行業(yè)是全省主要雷電災害損失行業(yè)。民用行業(yè)主要是雷電對民房和人身造成的災害，占雷災總數(shù)的43%;其次雷災嚴重的三大行業(yè)依次為電力、通信和石化，分別占總災害次數(shù)的12%、10%和9%。

（4）利用熵權(quán)綜合評價模型對河南省123個縣級行政單位的區(qū)域雷電災情進行評估，將雷電災害強度劃分為4個等級，其中焦作市區(qū)等7個地區(qū)為受雷災程度較重地區(qū)。

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責任編輯：鄭丹丹

基金項目? ?河南省氣象局氣象科學技術(shù)研究項目（KM201827）。

作者簡介? ?程麗丹（1983-），女，河南洛陽人，工程師，碩士，從事雷電災害防御工作。

收稿日期? ?2019-08-06