基于雷擊環(huán)境影響的雷電災(zāi)害風(fēng)險評估技術(shù)探討

于晨 楊歆雨

摘要 雷電災(zāi)害風(fēng)險評估是極具發(fā)展前景的氣象服務(wù)技術(shù)。在分析雷電災(zāi)害風(fēng)險評估的基礎(chǔ)上研究大氣雷電環(huán)境影響評價的技術(shù)，利用閃電定位數(shù)據(jù)的數(shù)理分析為項(xiàng)目防雷裝置設(shè)計(jì)提供更為精準(zhǔn)的參數(shù)，提高防雷裝置設(shè)計(jì)資源利用率。

關(guān)鍵詞 雷電災(zāi)害;環(huán)境影響;風(fēng)險評估;技術(shù)探討

中圖分類號：S421 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：2095–3305（2021）07–0095–02

1 雷暴日

在未使用閃電定位系統(tǒng)之前，雷暴日是表征一個地區(qū)雷電活動程度的重要參數(shù)，大部分雷電防御的技術(shù)方法和標(biāo)準(zhǔn)都是采用雷暴日作為基準(zhǔn)參數(shù)。盡管目前已經(jīng)有閃電定位系統(tǒng)這樣更精確的分析數(shù)據(jù)，但在許多場合雷暴日數(shù)據(jù)仍發(fā)揮著重要作用[1]。為了更科學(xué)地研究項(xiàng)目所在區(qū)域的雷暴日，以項(xiàng)目所在地1961年以來的50年雷暴日數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析（表1）。

對雷暴日數(shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)性分布探索分析與假設(shè)檢驗(yàn)，如果雷暴日服從正態(tài)分布，則采用正態(tài)分布函數(shù)進(jìn)行規(guī)律分析;如果不服從正態(tài)分布，則采用累積頻數(shù)分布表進(jìn)行累積概率函數(shù)擬合，并運(yùn)用該函數(shù)進(jìn)行規(guī)律分析。

繪制正態(tài)P-P圖、Q-Q圖對雷暴日的分布類型進(jìn)行判斷。通過P-P、Q-Q檢驗(yàn)，項(xiàng)目所在地雷暴日數(shù)據(jù)的P-P、Q-Q與計(jì)算點(diǎn)基本處于同一條直線，可認(rèn)為區(qū)域的雷暴日基本服從正態(tài)分布（圖1）。

以下對雷暴日的正態(tài)分布進(jìn)行假設(shè)檢驗(yàn)：

假設(shè)正態(tài)總體

為X樣本，

偏度

偏度方差

峰度

峰度方差

在假設(shè)H0成立的前提下，近似有;

給定顯著性水平α，依據(jù)P{U>ua/2}=a/2，求得臨界值ua/2;

如果且，則接受H0，反之則拒絕假設(shè)。

顯著性水平α= 0.05，臨界值Ua/2= 1.959964，樣本長度n =46;

偏度g1=0.7083，D（g1）=0.3500，峰度g2=0.9036，D（g2）=0.6876。

|偏度=0.7083| >0.686：沒有通過預(yù)檢;|峰度=0.9036| <1.348：通過預(yù)檢。

由于|偏度=0.7083|>0.686：沒有通過預(yù)檢，拒絕接受總體服從正態(tài)分布的假設(shè)，即在顯著性水平α=0.05的前提下，不接受總體數(shù)據(jù)服從正態(tài)分布。

為此，采用雷暴日累積概率方法進(jìn)行分析。項(xiàng)目所在地雷暴日累積概率函數(shù)值（表2），繪制散點(diǎn)折線圖（圖2）。由圖2可見，雷暴日分布累積概率分布近似于希爾函數(shù)，因此采用希爾函數(shù)進(jìn)行擬合。

采用最小二乘法估計(jì)參數(shù)，令函數(shù)臨界峰值為100，代表累積概率值為100%，擬合得分布函數(shù)解析式為：

應(yīng)用上述得到的年雷暴日正態(tài)分布函數(shù)解析式計(jì)算項(xiàng)目極端的雷暴日發(fā)生概率。項(xiàng)目的建設(shè)性質(zhì)為一般民用建筑，設(shè)計(jì)使用年限為70年，按70年內(nèi)可能發(fā)生一次某極端雷暴日值為累計(jì)概率值（即1/70=0.01429），計(jì)算對應(yīng)該值的年雷暴日數(shù)：

求得Td=75.87 d，即在現(xiàn)有統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，可認(rèn)為項(xiàng)目所在區(qū)域自項(xiàng)目建成至項(xiàng)目設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)，可能遇到最大、最不利的雷暴日為75.87 d，實(shí)際設(shè)計(jì)過程中可利用此數(shù)字進(jìn)行建筑物防雷類別設(shè)計(jì)及其他防雷裝置參數(shù)的計(jì)算。

2 區(qū)域雷電流幅值與陡度

在閃電定位數(shù)據(jù)中，雷電流幅值和陡度是表征雷電電流特性的兩個重要觀測指標(biāo)，雷電流的大小分布情況與實(shí)際項(xiàng)目雷電防護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)有著直接聯(lián)系。取項(xiàng)目3 km的歷史雷電數(shù)據(jù)（云地閃）進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，每個歷史閃電數(shù)據(jù)包含經(jīng)緯度、雷電流幅值、陡度3個參量（表3）。

采用與文章雷暴日的分析方法，對項(xiàng)目中心3 km范圍內(nèi)的歷史雷電流幅值進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析，最終分析的結(jié)論簡要概括如下：（1）數(shù)據(jù)是否服從正態(tài)分布：否，無法通過假設(shè)檢驗(yàn);（2）數(shù)據(jù)是否服從對數(shù)正態(tài)分布：否，無法通過假設(shè)檢驗(yàn);（3）采用最小二乘法進(jìn)行密度函數(shù)、分布函數(shù)擬合得函數(shù)解析式及圖像，即密度函數(shù)（圖3）。

分布函數(shù)（圖4）：

3 結(jié)束語

以在實(shí)際雷電災(zāi)害風(fēng)險評估技術(shù)工作中的一個建設(shè)項(xiàng)目——雷擊環(huán)境影響風(fēng)險評估為例，介紹了一系列對雷電相關(guān)氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、研究的方法與模型，除了上述分布圖，實(shí)際評估報告中還涉及對項(xiàng)目雷閃的時空分布、雷電災(zāi)害易損度區(qū)劃計(jì)算等部分的內(nèi)容。在實(shí)踐過程中，項(xiàng)目雷擊環(huán)境影響風(fēng)險評估除了可以應(yīng)用于方案、現(xiàn)狀雷電災(zāi)害風(fēng)險評估，還可以作為雷電災(zāi)害風(fēng)險預(yù)評估的一項(xiàng)重要內(nèi)容，用于建設(shè)項(xiàng)目決策階段的可行性分析和初步設(shè)計(jì)指導(dǎo)。當(dāng)然，許多觀點(diǎn)和方法難免存在諸多不足之處，以期在今后的工作中得到進(jìn)一步的改正和完善。

參考文獻(xiàn)

[1] 馮民學(xué)，焦雪，鐘穎穎，等.江蘇洋口港區(qū)雷電特性及風(fēng)險區(qū)劃[J].氣象科學(xué)， 2012， 32（1）： 86-93.

責(zé)任編輯：黃艷飛

Discussion on Lightning Disaster Risk Assessment Technology Based on the Environmental Impact of Lightning Stroke

YU Chen et al（Fujian Meteorological Disaster Prevention Technology Center， Fuzhou， Fujian 350001）

Abstract Lightning disaster risk asses-sment is a promising meteorological service technology. Based on the analysis of lightning disaster risk assessment， the technology of atmospheric lightning environmental impact assessment is studied， and the mathematical analysis of lightning location data is used to provide more accurate parameters for the design of lightning protection device of the project， so as to improve the utilization rate of lightning protection device design resources.

Key words Lightning disaster; Envir-onmental impact; Risk assessment; Technical discussion