日照危化品集中區(qū)閃電氣候特征分析

宋佰春李 斌許傳凱莊 玲日照市水務(wù)集團(tuán)有限公司 日照市氣象局

日照危化品集中區(qū)閃電氣候特征分析

宋佰春1李 斌1許傳凱1莊 玲2
日照市水務(wù)集團(tuán)有限公司 日照市氣象局

宋佰春：男，1977年生，山東日照人，高級工程師，本科。山東省日照市氣象局工作，主要從事雷電防御技術(shù)服務(wù)工作。

利用2006-2015年山東省閃電定位系統(tǒng)資料，從閃電的地閃密度、季節(jié)變化、月變化、日變化、雷電流幅值特征、主要閃電方向等方面研究了日照危化品集中區(qū)的閃電氣候特征規(guī)律。結(jié)果表明：日照危化品集中區(qū)中莒縣的地閃密度最大，嵐山區(qū)最小，呈現(xiàn)內(nèi)陸明顯高于沿海的特征，和地閃次數(shù)的變化規(guī)律特征一樣。日照危化品集中區(qū)地閃活動有明顯的月變化和日變化特征，各地均從2月份開始進(jìn)入閃電活動季節(jié)并逐漸發(fā)展旺盛，8月份達(dá)到最大，7、8兩月發(fā)生的地閃次數(shù)之和占全年的85.2%。一天中有兩個時段容易發(fā)生地閃，分別為凌晨2-6時和下午14-18時，上午7-10時和晚上20-1時發(fā)生的次數(shù)較少。沿海地區(qū)的雷電流強(qiáng)度明顯大于內(nèi)陸地區(qū)，東港區(qū)和山海天旅游度假區(qū)的強(qiáng)度最大。閃電主導(dǎo)方向主要為西北和西南方向。

閃電是云與云之間、云與地之間或者云體內(nèi)各部位之間的強(qiáng)烈放電現(xiàn)象（一般發(fā)生在積雨云中），它是自然界最為壯觀的大氣現(xiàn)象之一，其強(qiáng)大的電流、炙熱的高溫、猛烈的沖擊波以及強(qiáng)烈的電磁輻射等物理效應(yīng)能夠在瞬間產(chǎn)生巨大的破壞作用，常常導(dǎo)致人員傷亡，摧毀建筑物，引起森林火災(zāi)，導(dǎo)致煉油廠、加油站、化工廠等場所燃燒甚至爆炸，威脅人們的生命和財產(chǎn)安全。雷電災(zāi)害已成為聯(lián)合國公布的10種最嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一，雷電災(zāi)害被列為“電子時代的一大公害”。日照港是我國第八大港口，得天獨(dú)厚的地理位置和優(yōu)良大港優(yōu)勢，引來了全國諸多危化品巨頭入駐，這些企業(yè)為地方創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)財富的同時，也帶來了嚴(yán)峻的防雷安全生產(chǎn)形勢。

近年來有關(guān)閃電氣候變化規(guī)律研究較多，分析方法和側(cè)重點(diǎn)各有不同，王娟等人對國家、北京、湖北等地的閃電活動進(jìn)行統(tǒng)計分析，山東也有唐巧玲、馮桂力等人對山東省的閃電定位資料進(jìn)行了分析。本文利用2006-2015年山東省閃電定位系統(tǒng)獲取的資料，對日照各危化品集中區(qū)閃電地閃密度、季節(jié)變化規(guī)律、各月雷電活動規(guī)律、日變化規(guī)律、雷電流幅值、閃電方向等資料進(jìn)行了分析，研究結(jié)果對各級氣象、安監(jiān)、港航、交通等主管部門做好防雷減災(zāi)安全管理和標(biāo)準(zhǔn)化工作有一定的參考作用，也為日照危化企業(yè)防御雷電災(zāi)害提供科學(xué)決策依據(jù)。

資料與方法

資料來源

雷電資料取自山東省閃電定位系統(tǒng)，以日照各危化品集中區(qū)現(xiàn)場測量的地理位置參數(shù)為參考點(diǎn)，選取其所在區(qū)域中心位置5公里范圍內(nèi)2006.07～2015.06這9年的地閃活動數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

山東省閃電定位系統(tǒng)簡介

山東省閃電定位系統(tǒng)是由中國華云技術(shù)開發(fā)公司研制生產(chǎn)并布點(diǎn)建設(shè)的LD-II型閃電定位系統(tǒng)，主要由13個閃電定位儀（分別布設(shè)在山東章丘、龍口、榮成、即墨、日照、東明、東平、沾化、夏津、魚臺、蒙陰、郯城和昌邑），一個中心數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和圖形顯示終端構(gòu)成，采用磁定向時差綜合法進(jìn)行閃電定位，各個定位儀將接收到的閃電信息和GPS時間信息，通過業(yè)務(wù)通信網(wǎng)絡(luò)傳送到中心站計算機(jī)，通過中心數(shù)據(jù)系統(tǒng)的計算處理，得到閃擊的時間、位置、極性、強(qiáng)度等參數(shù)。該系統(tǒng)時鐘同步精度可達(dá)到0.1μs ，山東省內(nèi)大部分地區(qū)閃電探測效率理論值為95%），定位精度可達(dá)到300m。

日照危化品集中區(qū)分區(qū)方法

按照日照市行政區(qū)劃劃分和地方政府危化品進(jìn)園區(qū)的要求，將日照危化品分為7個集中區(qū)域，表1為各集中區(qū)中心位置的經(jīng)緯度。

圖1 日照危化企業(yè)集中區(qū)地閃密度

圖2 日照危化品集中區(qū)地閃次數(shù)

圖3 日照危化品集中區(qū)各月地閃次數(shù)

表1 日照危化品集中區(qū)經(jīng)緯度

分析與結(jié)果

地閃密度分布特征

地閃密度是指一年內(nèi)單位面積地面發(fā)生各類閃電的次數(shù)，單位為：次/（km2a），是評估雷電活動強(qiáng)弱、計算雷擊風(fēng)險、進(jìn)行防雷設(shè)計的重要參數(shù)。圖1可以看出：地閃密度最大的區(qū)域?yàn)檐炜h，東港區(qū)次之，隨后為五蓮縣、日照經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)、山海天旅游度假區(qū)、國際海洋城，最小為嵐山區(qū)，最大值與最小值差達(dá)兩倍以上。結(jié)果表明日照市自西向東由內(nèi)陸到沿海雷電活動逐漸減弱。

閃電活動季節(jié)變化規(guī)律

圖4 日照市雷電活動日變化

圖5 日照危化品集中區(qū)平均電流強(qiáng)度

圖6 日照危化品集中區(qū)正地閃平均強(qiáng)度

對以日照市各區(qū)域危化品集中區(qū)所在區(qū)域?yàn)橹行姆綀A5公里范圍內(nèi)9年的閃電數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計和分析得到圖2。圖2可以看出：9年來莒縣的地閃次數(shù)最多，達(dá)2965次，國際海洋城次之，隨后為東港區(qū)、五蓮縣、日照經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)、嵐山區(qū)，最少的為山海天旅游度假區(qū)，僅有1409次，不到最多的莒縣的一半，結(jié)果表明日照市內(nèi)陸比沿海地區(qū)的地閃次數(shù)多，自西向東逐漸減弱，和地閃密度分布特征規(guī)律一樣。

閃電活動月變化規(guī)律

根據(jù)山東省閃電定位系統(tǒng)統(tǒng)計顯示，9年來全市危化品集中區(qū)共發(fā)生地閃13294次，圖3為日照市各月地閃次數(shù)圖。結(jié)果表明：日照危化品集中區(qū)地閃活動有明顯的月變化特征，1月和12月從沒有地閃現(xiàn)象發(fā)生，11月也僅有3次發(fā)生，分別發(fā)生在嵐山區(qū)、國際海洋城、山海天旅游度假區(qū)，各地均從2月份進(jìn)入雷電活動季節(jié)并逐漸發(fā)展旺盛，8月達(dá)到最大值，7、8月份發(fā)生的地閃次數(shù)之和占全年的85.2%，其中8月份的地閃數(shù)占全年的63.2%。各月呈明顯的拋物線形式發(fā)展，從1月開始逐漸增大，8月到最大，后逐漸減小。6～8月主汛期為集中的閃電發(fā)生月份，占到全年的92.7%。

圖7 日照危化品集中區(qū)負(fù)地閃平均強(qiáng)度

圖8 日照市閃電玫瑰圖

閃電活動日變化規(guī)律

圖4為日照危化品集中區(qū)雷電活動日變化圖。結(jié)果表明：日照危化品集中區(qū)一日每時都有閃電活動發(fā)生，有明顯的日變化，各時頻率不均，凌晨4時發(fā)生的比例最高，達(dá)16.3%，一天中有兩個發(fā)生高峰期，分別為凌晨2～6時和下午14～18時，主要因?yàn)橄挛鐚α髟葡蛋l(fā)展旺盛以及夜里云頂輻射冷卻使云層內(nèi)的溫度層結(jié)變得不穩(wěn)定，容易引起閃電，上午7～10時和晚上20～1時發(fā)生閃電的概率較低。

雷電流幅值分布特征

圖5～7為日照危化品各集中區(qū)雷電流幅值分布圖。可以看出：日照危化品集中區(qū)所在區(qū)域平均電流強(qiáng)度為14.52kA，各個地方差距不是非常大，東港區(qū)平均值最大，山海天旅游度假區(qū)次之，莒縣和五蓮縣的平均值最低。正地閃全市平均強(qiáng)度為24.91kA，東港區(qū)和開發(fā)區(qū)平均值最大，嵐山區(qū)和海洋城平均值最小。負(fù)地閃全市平均強(qiáng)度為14.40kA，明顯低于正地閃強(qiáng)度，東港區(qū)和山海天旅游度假區(qū)平均值最大，莒縣和五蓮縣平均值最小。由此可知沿海地形的雷電流強(qiáng)度明顯大于內(nèi)陸地區(qū)。

日照危化品集中區(qū)主要閃電方向

根據(jù)山東省閃電系統(tǒng)資料得到日照市閃電玫瑰圖，見圖8。可以看出：日照市閃電主導(dǎo)方向?yàn)槲鞅保∟W）方向，次主導(dǎo)方向?yàn)槲髂希⊿W）方向，危化企業(yè)雷電防護(hù)設(shè)計、施工應(yīng)在上述重點(diǎn)方位采取綜合措施，其防護(hù)效果會更好。

結(jié)語與討論

（1）本文選取的閃電資料從2006年到2015年只有9年的時間，跨度較短，可能對分析結(jié)果和指導(dǎo)作用有一定的影響，待積累更長時間序列的資料后，利用更多完善的數(shù)據(jù)對本文提出的結(jié)論進(jìn)行修正。

（2）閃電活動包括云閃和地閃，與人工觀測的雷暴資料數(shù)據(jù)有區(qū)別，在使用時應(yīng)注意對待。

（3）危化企業(yè)應(yīng)根據(jù)本文結(jié)論采取綜合完善的雷電防護(hù)措施，選用合理、最佳的防雷技術(shù)，每年委托有資質(zhì)的單位對雷電防護(hù)裝置檢測兩次。根據(jù)結(jié)論制定合理、有效的雷電災(zāi)害應(yīng)急預(yù)案，并經(jīng)常組織演練。