河南省2007—2016年雷電災害特征分析和區域災情評估

摘要 根據河南省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系，并從雷災記錄中提取了3個災度指標，利用熵權綜合評價模型對河南省123個縣級行政單位的區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。結果表明，2006、2007、2008和2011年為雷電災害高發年份;全省的雷災主要集中在6—8月，8月最多;城市的雷災次數明顯多于鄉村地區;電力、通訊、石化、金融和文教為全省主要雷電災害損失行業。綜合災情指數G分布反映了不同地區受雷電災害的嚴重程度，其中焦作市區、濟源市區、鶴壁市區、信陽市區、商水縣、浚縣、開封市祥符區（原開封縣）和方城縣為受災較重的地區。該文為區域防雷減災規劃提供了科學依據。

關鍵詞 雷電災害;雷災特征;災度;熵權綜合評價模型

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，隨著社會經濟的發展，以及耐壓水平低、價值高的微電子設備的廣泛應用，雷電危害造成的損失和影響也越來越大。據保守估計，我國每年因雷電災害造成的直接經濟損失達數億元，而由此造成的間接經濟損失則難以估計[1]。隨著我國經濟和現代化科學技術的飛速發展，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，國內的不少學者對區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];張蘭生等將致災因子、承災體等7個因子進行綜合，得到全國6個地區26個區93個小區的災害區劃方案[3];高燚等通過分析統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劃[4];郭虎等將衛星雷電資料和雷電災害資料相結合，分析了北京地區雷電災害的時空特征，總結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的分布情況[7];朱浩等利用熵權綜合評價模型對安徽省的區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內，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濟損失和人員傷亡[9]。為了有效規避風險，達到優化資源配置，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

河南省雷電災害統計資料來源于《全國雷電災害匯編》和全省各地市上報的統計結果，鑒于雷電災害的突發性和隨機性較強，雷電災害上報收集工作復雜，部分地區雷電災害記錄難免存在不規范和缺失的情況，因此該文采用的是全省雷電災害的不完全統計結果，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統計數據為2000—2016年，由于2000—2007年的其他雷災相關數據不夠詳實，故除“2.1”外的文章其他部分所用統計分析數據仍為2007—2016年。

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

1.2 主要研究方法

在對河南省區域雷電災害災情評估時主要采用的是熵權綜合評價模型。熵權綜合評價模型是一種基于熵權理論和綜合指數法相結合的方法，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;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。定義了第i個指標的熵之后，可得到第i個指標的熵權：

Wi=■（0≤wi≤1，■wi=1）

（2）

2 結果與分析

2.1 河南省雷災分布特征

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

2.1.1 年分布特征 由圖1可知，雷災次數呈單峰特性。從2001年開始雷災次數逐年增加，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年雷災次數從33次減少到近幾年的個位數。究其原因，21世紀以來隨著城鎮化規模的擴大和電子信息技術的迅速發展，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的雷電防護措施尚不完善。近幾年雷災次數減少的原因，一方面閃電頻數和雷暴日數確實沒有往年多，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，約占雷災總數的80.5%，其中8月雷災次數最多。結合河南省閃電定位資料發現，全省的閃電也主要發生在6—8月，約占總閃電頻數的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，雷災次數與閃電頻數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，以年平均雷災次數來衡量不同地域的雷災發生頻率（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超過3次/年，為全省雷災高發區。

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雷災發生次數也較多。如西北焦作和新鄉部分地區、南陽和駐馬店部分地區。但有些地區，安陽部分地區、開封市和羅山縣等雷電活動相對較少，但發生雷災次數卻較多。周口部分地區、南陽中部地區雷電活動較多，但發生雷災次數卻較少。這說明雷電災害的發生不僅與自然雷電活動分布有一定的關系，還與地區的經濟發展結構與水平、雷電防護水平等因素有關。

由圖5可知，河南省平均地閃強度較大的地區主要位于接近省界的周邊地區，如濮陽、商丘、周口、信陽、南陽和三門峽的大部分地區大都在32 kA以上。強度較小的地區主要位于中部偏西，如焦作、鄭州、許昌和平頂山的大部分地區及洛陽南部。與圖4相比，總的來說，閃電強度較大的地區，閃電密度會較小，這主要和電荷守恒有關，總電荷是一定的，一旦閃電發生的次數多，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村分類進行統計，發現城市的雷災次數明顯多于鄉村地區，城市的雷災次數約占總雷災次數的68.6%，鄉村地區雷災次數僅占總雷災次數的31.4%。從雷災造成的損失類型來看，鄉村地區的傷亡人數占總傷亡人數的82.9%，鄉村地區雷災造成的人員傷亡占鄉村總雷災次數的46.6%，而城市雷災造成人員傷亡僅占城市總雷災次數的5.1%。發生在城市的雷災以造成物理損害（電氣和通信產品設施損壞）和經濟損失為主。由此可見，鄉村地區的雷擊風險主要為人員傷亡，且大都發生在夏季戶外區域，城市區域的雷擊風險主要為物理損害和經濟損失。這說明農村地區相關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村地區防雷工作的重點，同時應加大農村地區防雷知識宣傳，提高農村雷電災害防御能力;城市區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、旅游等行業影響較大。民用行業主要是雷電對民房和人身造成的災害，占雷災總數的43%;其次雷災嚴重的三大行業依次為電力、通信和石化，分別占總災害次數的12%、10%和9%。電力行業的輸變電設備等露天分布較廣，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，電力設施的損壞會導致大面積停電，造成較大的經濟損失。隨著大規模集成電路和智能化電子設備在通信行業中廣泛應用，雷擊電磁脈沖（LEMP）的危害愈發嚴重是其頻繁遭受雷電災害的主要原因。石化行業多為易燃易爆場所，在發生雷災時，容易發生火災和爆炸，造成嚴重的經濟損失和人員傷亡。交通行業主要是雷電對高速公路收費站系統造成的危害，影響車輛正常通行;對依賴計算機來進行數據處理和存儲的金融系統來說，雷電造成的損失主要是數據丟失、網絡癱瘓和監控失效，使業務不能正常運行帶來的損失;文教行業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。因此，應根據雷災在不同行業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 河南省區域雷電災情評估

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

2.2.1 評價指標的選取和指標權重的分配 根據GB/T 21714.2-2015的規定，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、文化遺傳損失和經濟損失。其中人員傷亡損失和經濟損失針對于建筑物和設施，為雷電災害風險評估中的重要參數。基于河南省雷災資料，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（N）、年平均傷亡人數（M）和年平均經濟損失（E）。利用“1.2”中式（2）計算出3個評價指標N、M和E權重分配依次為0.326、0.526和0.148。

2.2.2 區域災情評估及結果分析 將評價對象及評價指標構造總評價矩陣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（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G大小分為4個等級。其中G=0的等級為0級，這些區域沒有雷災發生或有雷災沒有上報，有南樂縣、民權縣、衛輝市等地區;其中G在（0，0.2]區間的區域雷災等級為1級，這些地域受災影響相對較輕，主要有鄭州市區、洛陽市區、長葛縣和鄲城縣等地區，此類地區所占面積較大;G在（0.2，0.4]區間的區域雷災等級為2級，這些地區雷災程度居中，有安陽縣、襄城縣、新鄉市區、孟津縣、開封市區和駐馬店市區等地區;G>0.4的區域雷災等級為4級，這些區域受災情況比較嚴重，有焦作市區、濟源市區、鶴壁市區、信陽市區、商水縣、浚縣和方城縣（圖7）。

3 結論

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

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

（2）河南省的雷災高發區主要分布于西北部。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超過3次/年，為全省雷災高發區。閃電密度分布與雷災分布有較好的一致性。

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

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

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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