哈爾濱雷電監(jiān)測數(shù)據(jù)在雷電災(zāi)害風(fēng)險評估中的應(yīng)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(zāi)害風(fēng)險評估要考慮項目所在地氣象環(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)，通過公式或繪圖方法計算出項目雷擊風(fēng)險值與可承受的風(fēng)險最大值,然后進(jìn)行比較，進(jìn)行經(jīng)濟(jì)損失、人員傷亡風(fēng)險值估算，提出雷電防護(hù)設(shè)計指導(dǎo)。

大氣雷電環(huán)境評價是雷電災(zāi)害風(fēng)險評估的基礎(chǔ)，雷電監(jiān)測網(wǎng)數(shù)據(jù)是進(jìn)行大氣雷電環(huán)境評價的基礎(chǔ)要素，通過統(tǒng)計雷暴日、閃電定位、大氣電場等數(shù)據(jù)，分析雷電活動時空分布特征，計算雷擊大地密度、年預(yù)計雷擊次數(shù)，劃分雷擊重點保護(hù)區(qū)域，綜合完成大氣雷電環(huán)境評價[1-2]。

2 黑龍江雷電監(jiān)測網(wǎng)簡介

2005年初，黑龍江省建立了閃電定位監(jiān)測系統(tǒng)，黑龍江省閃電定位系統(tǒng)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(zhì)、強(qiáng)度、陡度、能量等參數(shù)，通過這些參數(shù)可以及時掌握雷電發(fā)生動態(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)度大小劃分雷電報警等級，若監(jiān)測得到的閃電強(qiáng)度超過標(biāo)準(zhǔn)值，及時發(fā)出預(yù)警。當(dāng)某地發(fā)生雷電災(zāi)害時，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。另外通過大量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析來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)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

3.1 閃電定位數(shù)據(jù)

根據(jù)近5 a的閃電定位監(jiān)測資料統(tǒng)計分析，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，雷暴時間主要發(fā)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(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年氣象觀測資料統(tǒng)計，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，最多時當(dāng)月雷暴日可高達(dá)18 d。

4 雷電監(jiān)測數(shù)據(jù)在雷電災(zāi)害風(fēng)險評估中的應(yīng)用

傳統(tǒng)的雷電監(jiān)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(qū)域范圍內(nèi)所聽到的雷聲為依據(jù)，一天內(nèi)只要聽到一次雷聲就算一個雷暴日，這個定義并沒有嚴(yán)格規(guī)定區(qū)域范圍和測量人員的聽力能力，因此傳統(tǒng)監(jiān)測方法并不能準(zhǔn)確表示雷電時空分布特征。閃電定位系統(tǒng)能彌補(bǔ)人工觀測的不足，實時監(jiān)測云地閃電的發(fā)生，同時也存在一些不足，閃電定位系統(tǒng)只能監(jiān)測云地閃，不能監(jiān)測云閃，由于儀器過于靈敏，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)對比分析處理后，才能用于雷電災(zāi)害風(fēng)險評估等防雷技術(shù)服務(wù)中。

4.1 雷擊大地年平均密度計算

根據(jù)IEC 62305-2《雷電防護(hù)》和QX/T 85-2007《雷電災(zāi)害風(fēng)險評估技術(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)生的雷擊大地數(shù)量，雷擊大地密度值是計算建筑物年預(yù)計雷擊次數(shù)、確定建筑物雷電防護(hù)等級的一個重要參數(shù)，其值準(zhǔn)確度直接影響雷擊風(fēng)險評估結(jié)論。

最新《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》（GB50057-2010）計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_、站資料確定的Td值，存在人工觀測誤差、區(qū)域劃分誤差等，觀測站過密容易造成數(shù)據(jù)疊加，重復(fù)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(jiān)測網(wǎng)，根據(jù)氣象臺閃電定位數(shù)據(jù)，黑龍江省雷擊風(fēng)險評估中目前應(yīng)用網(wǎng)格法劃分項目區(qū)域，統(tǒng)計計算區(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)，通過雷暴日數(shù)統(tǒng)計分析標(biāo)定雷電災(zāi)害風(fēng)險區(qū)域劃分強(qiáng)、弱雷區(qū)，對于全國范圍劃分雷電災(zāi)害風(fēng)險區(qū)域有實際指導(dǎo)意義，但細(xì)化到某一項目周邊區(qū)域，雷暴日數(shù)據(jù)觀測誤差直接影響風(fēng)險值計算，因此，建立閃電定位數(shù)據(jù)庫，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)險區(qū)域劃分。

依照劃分好的區(qū)域，在雷暴來臨之前，提供未來某一時段雷電發(fā)生的概率、密度和落區(qū)等，及時發(fā)送預(yù)報預(yù)警信息（通過手機(jī)短信平臺、公告顯示等氣象公共信息發(fā)布平臺），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)計規(guī)范》（GB50057-2010）對防雷區(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強(qiáng)度的衰減程度大小。準(zhǔn)確劃分防雷區(qū)，有利于對后續(xù)防雷區(qū)采取電涌保護(hù)措施，如：對需要保護(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)險評估通過確定一定時段內(nèi)建設(shè)項目區(qū)域內(nèi)發(fā)生的雷擊次數(shù)，計算出到達(dá)評估對象的最大磁場強(qiáng)度閃擊，并畫出磁場衰減分布圖，計算出不同防雷區(qū)屏蔽系數(shù)和安全距離。

[1]易高流.雷電監(jiān)測資料在雷擊損害風(fēng)險評估中的應(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］.