哈爾濱雷電監測數據在雷電災害風險評估中的應用

張修典,齊海超

（黑龍江省防雷中心，黑龍江 哈爾濱150030）

1 引言

雷電災害風險評估要考慮項目所在地氣象環境、地質和地理環境、建筑物的重要性、使用性質和發生雷電的可能性及后果，將這些諸多因素以數值或參數羅列表達，通過公式或繪圖方法計算出項目雷擊風險值與可承受的風險最大值,然后進行比較，進行經濟損失、人員傷亡風險值估算，提出雷電防護設計指導。

大氣雷電環境評價是雷電災害風險評估的基礎，雷電監測網數據是進行大氣雷電環境評價的基礎要素，通過統計雷暴日、閃電定位、大氣電場等數據，分析雷電活動時空分布特征，計算雷擊大地密度、年預計雷擊次數，劃分雷擊重點保護區域，綜合完成大氣雷電環境評價[1-2]。

2 黑龍江雷電監測網簡介

2005年初，黑龍江省建立了閃電定位監測系統，黑龍江省閃電定位系統由21個探測子站組成，采用時差和方位混合多站綜合定位方法，主要探測的是云地閃，閃電資料包括時間、位置、性質、強度、陡度、能量等參數，通過這些參數可以及時掌握雷電發生動態。

閃電定位數據應用于防雷科技服務諸多方面，根據閃電強度大小劃分雷電報警等級，若監測得到的閃電強度超過標準值，及時發出預警。當某地發生雷電災害時，閃電定位歷史數據可以為雷電災害調查鑒定提供參數，為更好地分析雷擊原因、改進避雷設施方案做支撐。另外通過大量數據的統計分析來研究閃電的空間分布特征、云地閃密度及強度，分析雷電發生發展規律，有助于了解黑龍江省雷暴規律，對劃分雷災區域，提高防雷技術服務水平有積極意義。

圖1 2006-2010年哈爾濱市正（負）閃強度分布圖

3 哈爾濱雷電監測數據統計分析

3.1 閃電定位數據

根據近5 a的閃電定位監測資料統計分析，2006、2007、2008、2009、2010 年哈爾濱市閃電次數分別為 34 536、33 355、56 230、42 361、29 760 次，雷暴時間主要發生在19-23時，6月和7月是全年中雷電活動最頻繁的兩個月，正負閃電強度主要集中在20-70 kA(圖 1)。

3.2 雷暴日

根據哈爾濱市1961-2011年氣象觀測資料統計，年均雷暴日數為32.5 d，屬于多雷暴區域。據黑龍江省雷電監測網提供的哈爾濱市5 a雷暴天數資料表明：哈爾濱市年平均雷暴天數有29.6 d，最高年份可達40 d。

雷電主要發生在6-9月，一年中6、7、8月雷暴天數最多，1、2、3、11、12 月份較少， 哈爾濱市夏季雷電現象頻繁，每年雷暴天數的月變化呈單峰型特性，主峰在6、7月，最多時當月雷暴日可高達18 d。

4 雷電監測數據在雷電災害風險評估中的應用

傳統的雷電監測僅依靠人工觀測確定雷暴日，雷暴日以單站為中心、一定區域范圍內所聽到的雷聲為依據，一天內只要聽到一次雷聲就算一個雷暴日，這個定義并沒有嚴格規定區域范圍和測量人員的聽力能力，因此傳統監測方法并不能準確表示雷電時空分布特征。閃電定位系統能彌補人工觀測的不足，實時監測云地閃電的發生，同時也存在一些不足，閃電定位系統只能監測云地閃，不能監測云閃，由于儀器過于靈敏，容易把環境噪聲作為閃電記錄在內。因此只有剔除干擾因子，將數據對比分析處理后，才能用于雷電災害風險評估等防雷技術服務中。

4.1 雷擊大地年平均密度計算

根據IEC 62305-2《雷電防護》和QX/T 85-2007《雷電災害風險評估技術規范》規定，雷擊大地密度Ng是指每年每平方公里所發生的雷擊大地數量，雷擊大地密度值是計算建筑物年預計雷擊次數、確定建筑物雷電防護等級的一個重要參數，其值準確度直接影響雷擊風險評估結論。

最新《建筑物防雷設計規范》（GB50057-2010）計算雷擊大地的年平均密度根據公式：Ng=0.1*Td（Td是年平均雷暴日）。根據當地氣象臺、站資料確定的Td值，存在人工觀測誤差、區域劃分誤差等，觀測站過密容易造成數據疊加，重復記錄一個雷暴,所以由此計算的密度值不完全可信。

黑龍江省于2005年建立閃電定位監測網，根據氣象臺閃電定位數據，黑龍江省雷擊風險評估中目前應用網格法劃分項目區域，統計計算區域內地閃總數，除以網格面積，得到雷擊大地年平均密度值。

4.2 雷電災害風險區域劃分

雷電次數和雷電強度是衡量雷電災害發生概率及危害程度的重要參數，通過雷暴日數統計分析標定雷電災害風險區域劃分強、弱雷區，對于全國范圍劃分雷電災害風險區域有實際指導意義，但細化到某一項目周邊區域，雷暴日數據觀測誤差直接影響風險值計算，因此，建立閃電定位數據庫，將地閃數據嵌入黑龍江省地理信息系統繪制雷擊大地密度圖和雷電流幅值累計概率圖，參考雷暴日數據，從而進行雷電災害風險區域劃分。

依照劃分好的區域，在雷暴來臨之前，提供未來某一時段雷電發生的概率、密度和落區等，及時發送預報預警信息（通過手機短信平臺、公告顯示等氣象公共信息發布平臺），并采取相應的措施（人員撤離、設備轉移、斷電等），就可以將可能的損失降到最低。

雷擊產生的雷擊電磁脈沖對電氣和電子系統的損壞是雷電災害造成經濟損失的主要因素，《建筑物防雷設計規范》（GB50057-2010）對防雷區進行劃分，主要依據采取屏蔽措施后流入的電涌電流和雷擊電磁場強度的衰減程度大小。準確劃分防雷區，有利于對后續防雷區采取電涌保護措施，如：對需要保護的設備進行屏蔽外殼或機架安裝；在設備前端協調配合好多組電涌保護器安裝等。

雷電災害風險評估通過確定一定時段內建設項目區域內發生的雷擊次數，計算出到達評估對象的最大磁場強度閃擊，并畫出磁場衰減分布圖，計算出不同防雷區屏蔽系數和安全距離。

[1]易高流.雷電監測資料在雷擊損害風險評估中的應用［J］.江西氣象科技，2004，27（4）：45-47.

[2]GB/T21714.2-2008,雷電防護［S］.