透視雷電災害

徐永勝 湖南省防雷中心

卓尚皓 湖南省石門縣氣象局

曹俊峰 湖南省防雷中心

透視雷電災害

徐永勝 湖南省防雷中心

卓尚皓 湖南省石門縣氣象局

曹俊峰 湖南省防雷中心

氣象專家提醒說，從三月開始，湖南將進入雷電多發時期。因此，本刊邀請了湖南省防雷中心主任徐永勝，全方位解讀雷電災害，為大家提供防雷“全攻略”。

本期專家

徐永勝

大氣物理高級工程師、中國氣象學會雷電防護委員會委員、湖南省電磁兼容學會副理事長、成都信息工程學院客座教授、湖南省氣象培訓中心教授、湖南省安全生產專家委員會專家。1978年畢業于南京氣象學院大氣探測專業，同年分配到湖南省氣象科研所從事人工影響天氣研究工作。1997年-1999年調湖南省氣象局科技開發中心任副主任，從事防雷與環境評價管理工作，2000年至今調湖南省防雷中心任主任，從事防雷技術服務、雷電科研與管理工作。在科研、業務與技術服務管理崗位上，曾主持完成多項重點防雷工程項目的防雷設計與施工，組織編寫了《湖南省新農村住宅建設雷電防護技術實用手冊》和煙花爆竹企業防雷地方標準，主持研發的《湖南省雷電監測預警綜合業務平臺》等業務系統獲省政府科技進步三等獎二項，省政府一等功、二等功各一項，國內外刊物上發表論文30余篇。

雷電是發生在自然大氣中的瞬間放電過程，并同時伴有聲、光的出現。雷電產生的原因是由于雷暴云中強烈的上升和下沉氣流的對流運動，使云中隨機分布的正負電荷呈現有序排列的結構，在云中形成許多正電荷區和負電荷區。當雷暴云中部分區域積累了足夠強的正（負）電荷，使得空間或地面某處的電場強度達到了擊穿大氣的值，則產生雷擊。在聯合國公布的最嚴重的十大自然災害中，雷電災害被稱之為“電子時代的一大公害”。據統計，在全球范圍內，時時刻刻都有雷電交作的奇觀，平均每天達800多萬起，每年要發生30多億起。那么一次閃電的能量究竟有多大呢？它可以讓一只100瓦的燈泡亮3個月。一道閃電撕裂云層，破天而出，短的可能只有數百米，長的卻可達到數千米，令人眼花繚亂， 驚心動魄。閃電時放電通道中空氣的溫度突然達到17000℃至28000℃之間，相當于太陽表面溫度的3至5倍。美國國家雷電安全研究所公布的一份調查報告列舉了這樣一組觸目驚心的數字：每年全國因雷擊造成的經濟損失約50至60億美元，釀成的火災3萬余起，30%的電力事故與雷電有關，石油產品儲存和儲存罐事故中的80%系雷擊引起，50%的野外火災起因于雷電，因雷電引發的過高電壓使物理裝置造成的損失占大約80%。

一、湖南雷電災害頻繁

湖南是雷電災害頻繁的省份之一，每年的雷暴日大約在60天左右，全省公用建筑、住宅區、工業園區和其它易受雷擊的場所因雷擊引起的事故逐年增多，特別是高層建筑及弱電設施的雷災事故呈上升趨勢。據不完全統計，自2003年至2007年12月，全省共發生雷災事故3162起，引發火災、爆炸事故80起，因雷擊造成人員死亡177人，傷261人，給國家和人民生命財產安全造成嚴重損失。

雷電災害年變化

圖1給出了2003—2007年湖南雷電災害逐年發生次數。分析圖1可知，我省平均每年發生雷電災害419.6次，逐年雷電災害次數呈現波動增長，2007年全年較03-06年所有雷災次數有大幅度增長，增加49%。

圖1 2003—2007年湖南雷電災害發生次數統計

圖2 2003-2007年雷電災害發生次數平均月變化

雷電災害月變化

雷電災害發生的季節性變化明顯，一年四季均有發生，多出現在夏季。圖2給出了2003—2007年我省雷電災害發生次數平均月變化。由圖2可以看出，雷電災害主要集中分布在3—9月，其中6—8月尤為嚴重，平均雷電災害次數分別為21、45、38次，共占全部雷災次數的62%，故夏季成為我省雷電災害的高發季節，主要因為夏季溫濕氣流旺盛，對流性天氣相對較多，閃電活動相對頻繁。

雷電災害空間分布

圖3給出了2003—2007年我省雷電災害發生次數的空間分布。由圖3可以看出，雷電災害呈明顯的帶狀分布，高值集中分布在2條帶上，一為東部，包括岳陽、長沙、株洲，二為西南懷化；中部為較高值區域，包括常德、益陽、邵陽和永州；低值區域為婁底、衡陽和郴州；最低值為張家界、湘西自治州和湘潭。

圖3 2003—2007年雷電災害發生次數的空間分布

遭受雷電災害的主要行業分布

首先將所有遭受雷擊的行業設備分成電力、通信、金融、住宅小區、交通、易燃易爆等8個行業，結果顯示：電力、電子、易燃易爆行業和住宅小區的雷擊事故較多，占總數的72.8%。從而可見，受災面大大擴大，從電力、通信這兩個傳統領域擴展到幾乎所有行業，特別是與高新技術關系最密切的領域，閃電直擊和過電壓波沿線傳輸變為空間閃電的脈沖電磁場從三維空間入侵到任何角落造成災害，因而防雷工程已從防直擊雷、感應雷進入到防雷電電磁脈沖（LEMP）。前面是指雷電的受災行業面擴大了，這里指雷電災害的空間范圍擴大了。

圖4 雷電災害損失行業分布

雷電的本身并沒有變，而是科學技術的發展，使得人類社會的生產生活狀況變了。微電子技術的應用滲透到各種生產和生活領域，微電子器件極端靈敏這一特點很容易受到無孔不入的雷電電磁脈沖（LEMP）的作用，造成微電子設備的失控或者損壞。

二、雷鳴電閃為害城鄉

人員傷亡——農村大于城市

圖5 給出了2003-2007 年因雷擊導致人員傷亡城市、農村對比情況。雷電災害造成的人員傷亡中，農村人員為182，占到了68%，城市人員為88，占32%。這主要因為，農村的電力線路、電話線路很多是由電桿架空支撐引入的，雷暴在空曠的農田上閃擊后會經這些架空電力線、電話線引入室內，造成室內設備損毀和人員傷亡，且農村的露天空曠場所遠遠多于大中城市，這些地點幾乎沒有安裝完善的直擊雷防護設施。

圖5 2003-2007 年城市、農村雷擊人員傷亡對比

經濟損失——城市遠大于農村

圖6給出了2003-2007年發生于城市和農村雷電災害經濟損失總數對比情況。由圖可知，城市因雷擊造成的經濟損失總和為1.55億，農村為0.2億，城市雷災經濟損失總數是農村的7倍多。主要因為，城市因雷擊造成的經濟損失遠遠大于農村。隨著城市經濟的快速發展，微電子、計算機技術迅猛增多，以集成電路為核心的各種測控及網絡通信系統已廣泛應用于航空航天、金融、郵電、電力、石油化工、交通運輸等各行業及醫療保健等現代生活各領域。這類電子系統或設備元器件的集成度高，信息存儲量大，速度和精度不斷提高，但工作電壓僅有幾伏，信息電流有的僅為微安級，對過電壓、過電流、電磁脈沖等外來干擾極其敏感且耐受能力極低。當雷電等過電壓和伴隨的電磁場強度達到某一閾值時，輕則引起系統失靈，重則導致系統或其元器件永久損壞。雷電災害造成經濟損失，設備損壞帶來的直接損失只是一方面，而由此帶來的間接的社會經濟損失則更大，如2006年4月5日晚，寧鄉縣某銀行辦公樓機房遭雷擊發生火災，墻體被雷擊穿，機房及全部設備被毀，直接經濟損失達40萬元，造成全縣該銀行營業網點停業，間接損失無法估計。所以進一步加強防雷措施對于保障和促進社會經濟發展具有重要意義。

圖6 2003-2007 年城市、農村雷擊經濟損失對比

三、雷電無情防護有術

雷電災害雖然可怕，但只要有得力的防范措施，絕大部分損失都是可以避免的，至少會使損失和危險降低。一是要有防雷裝置（外部和內部雷電防護裝置的統稱），如果防雷裝置不合格或沒有防雷裝置，雷擊的危害時刻都有可能發生。2007 年5月23日下午4時許，重慶開縣一小學遭雷擊，據事后調查所知，當時一聲巨響之后，教室內騰起一團黑煙，煙霧中2個班95名學生和教師幾乎全倒在了地上，有的學生全身被燒得黑糊糊的，衣服、鞋子和課本碎屑撒了一地，傷39人，7 個鮮活的生命瞬間消失。此次事件引起了國務院領導的高度重視，并下發了《關于進一步做好防雷減災工作的通知》，要求各地、各部門高度重視防雷減災工作，對今后整個社會的防雷工作起到極大的推動作用。二是雷雨時不要在野外作業，在曠野里不要使用帶有金屬桿的雨傘或肩扛金屬工具，也不要在空曠的水邊、山坡孤立的小屋、工棚、涼亭避雨。千萬不要在大樹下避雷，在打雷時最好離大樹5米遠，因為大樹很容易引來雷電。最好是進入室內并關好門窗，防止雷電直擊室內或者球形雷飄進室內。應將家用電器電源切斷，盡量不要撥打、接聽電話，也不要再用電話上網，應拔掉電源和電話線及電視閉路線等可能將雷電引入的金屬導線。在室內要遠離進戶的金屬管道以及跟屋頂相連的下水管等。晾曬衣服、被褥等用的鐵絲不要拉在窗戶、門口上，以防鐵絲引雷致人死亡事件的發生，人近距離處在電燈的下方也十分危險。如果雷雨天有急事必須外出，最好穿上膠鞋，這樣可以起到絕緣的作用來保護自己。

許多人對雷電的防范意識淡薄，總認為雷電災害是極遙遠的甚至如神話，這些意識給防雷帶來隱患。另據災情調查統計資料顯示，我省損失較大的雷災個例中，有79%發生在防雷裝置不合格建筑物內。建（構）筑物防雷裝置質量與雷電致災率密切相關。在眾多人員密集場所，尤其是學校、賓館、劇場、工廠以及住宅小區等建筑物防雷裝置大多不合格或沒有防雷裝置，且相當一部分單位以種種理由拒絕防雷裝置的安全檢測，只考慮經濟利益而忽視對生命的尊重。其實，樹立和加強防雷安全意識，警鐘長鳴，營造良好和諧的社會是每個人應盡的義務。

四、監測預警防止雷電惹禍

我們已跨入新的世紀，如果說在20 世紀人們還只能被動地抗御雷電災害的話，那么21 世紀將是人類主動迎戰雷電、趨利避害的新時代。在科學技術日益發展的今天雖然我們還不能完全控制強烈的雷電，但是人類經過長期的摸索與實踐，現在已經積累起很多有關防雷電的知識和經驗，并形成一系列對防雷行之有效的方法和技術。目前我省已建成長沙、常德、岳陽、衡陽、邵陽、永州、郴州、懷化、張家界、安化10個低頻閃電監測站，構成氣象部門雷電低頻閃電監測站網（如圖7），可實時監測閃電發生的時間、地點、極性、強度、誤差等參數。此外，由省防雷中心研制的雷電監測預警綜合業務平臺有效結合雷達、小尺度大氣電場儀和精細地理信息系統，實現了雷暴發生時，預警系統就能迅速確定其位置、強度和移動方向，及時把信息發布出去，使廣大人民群眾在雷暴到來前就采取防范措施，免遭雷電侵害。

圖7

隨著城市化進程和經濟建設的快速發展，雷電災害造成的損失日益嚴重，防雷減災工作任重道遠，還需要不斷提高對雷電災害形成機理的認識和加強對雷電災害的科學防御，提高整個社會的雷電防御能力，滿足經濟社會持續發展對防雷減災的更高需求。 責任編輯 林潔