邹德培 潘江萍 杨玲
摘要：基于湖南省气象部门2016—2020年雷电定位资料，运用ArcGIS软件和数理统计等方法对邵阳地区地闪频次、强度时空分布特征及雷电灾害特征进行了分析。结果表明，邵阳地区正地闪5年平均占总地闪的92.04%左右，负闪比例高于北方省市;邵阳地区50%以上的负地闪强度集中在20～40kA范围;每年7、8月份的邵阳地区闪电频次最多，一天当中午后和凌晨电流强度最大。雷电灾害致灾因子是雷电本身，孕灾环境是地形、地貌及目标物周边物体等。本文通过分析邵阳地区雷电活动及灾害特征，提高雷电灾害风险评估精准度，即优化其中一个影响因子"N" _"g" ，给出防御对策，为雷电防护设计和雷击风险评估等工作提供依据，对降低雷电灾害造成的损失及事故、雷电灾害预警等具有重要意义。
关键词：风险评估 地闪密度 地闪强度 雷电资料
Study on Lightning Disaster Risk and Defense Countermeasures based on Lightning Location Data
ZOU Depei1 PAN Jiangping1 YANG Ling2
（1.Shaoyang Meteorological Bureau， Shaoyang， HuNan Province， 422000 China; 2.Meteorological Bureau of Chengbu Miao Autonomous County， Chengbu， Hunan Province， 422500 China）
Abstract： based on the lightning location data of Hunan meteorological department from 2016 to 2020， the temporal and spatial distribution characteristics of lightning frequency， intensity and lightning disaster characteristics in Shaoyang area are analyzed by using ArcGIS software and mathematical statistics. The results show that the average positive lightning in Shaoyang area accounts for about 92.04% of the total lightning in five years， and the proportion of negative lightning is higher than that in northern provinces and cities; More than 50% of the negative ground lightning intensity in Shaoyang area is concentrated in the range of 20 ～ 40ka; The lightning frequency in Shaoyang is the most in July and August every year， and the current intensity is the highest after noon and early morning. The disaster causing factor of lightning disaster is lightning itself， and the disaster pregnant environment is terrain， landform and objects around the target. In this article， through analyzing the characteristic of the Shaoyang area lightning activity and disasters， it improves the accuracy of lightning disaster risk assessment， that is， optimizing one of the influencing factors and giving defense countermeasures， so as to provide basis for lightning protection design and lightning risk assessment， which is of great significance to reduce the losses and accidents caused by lightning disasters and lightning disaster early warning.
Key Words： Risk assessment; Ground lightning density; Lightning intensity; Lightning data
邵陽地形变化较大，地形类型多样，属江南丘陵大地形，以丘陵、山地为主，气候以中亚热带湿润季风为主。结合2016—2020年湖南省闪电定位监测数据以及雷电灾害统计资料，分析邵阳地区地闪活动及雷电灾害的时空分布特征[1]，探讨雷电灾害与致灾因子、承灾体以及孕灾环境的相关性[2]，分析雷电活动及雷灾特征，提出相应的雷电灾害防御措施及建议。关于雷击灾害，地闪活动频繁活跃是雷电灾害的主要致灾因子[3-4];雷电灾害的时空分布与地闪次数、密度和强度的分布特征存在较好的吻合对应关系[5-7]，正地闪所占比例的季节变化特征可以作为判定雷电高发期开始及结束的一个重要标志。刘晓东[8]等利用内蒙古2012—2014年闪电定位数据对内蒙古闪电强度、闪电频次等闪电特征进行了分析;陈柳彤[9]等利用2010—2016年河北省闪电定位网观数据对河北省雷电活动及雷电灾害进行了分析。故本文利用湖南气象部门闪电定位系统数据对邵阳地区地闪活动的时空分布特征及雷击灾害特征进行分析[10]，完善邵阳地区雷电风险评估管理数据库，使得在应用工程的设计或者雷击风险的评估方面更为准确。
0引言
雷电风险评估就是根据雷电特性及其致灾机理，分析雷电对评估对象的影响，提出降低风险措施的评价和估算过程[11-13]，其实也就是对孕灾环境的分析，《GB/T 21714.2-2015》雷电保护第2部分风险管理中孕灾环境定义的参数是N_g。雷电风险评估中，需要先计算出被保护建筑物的年预计雷击次数，国家标准GB50057-2010中规定：
"N=k×" "N" _"g" "×" "A" _"e" （1）
式（1）中，k为校正系数，N_g为建筑物所在地区雷击大地的年平均密度，A_e为建筑物截收相同雷击次数的等效面积。
"N" _"g" "=0.1×" "T" _"d" （2）
式（2）中，T_d为年平均雷暴。
所以提高优化雷电风险评估，可以先优化N_g，从2014年开始，大多数省份（自治区）是根据更为合理的闪电定位系统得出的闪电频次，用网格法来计算出雷击大地密度。本文从闪电定位数据中选取其精确值，以完善提高邵阳雷电风险评估体系。
1 地闪变化特征
1.1 地闪强度变化特征
对来源于湖南省气象灾害防御中心的基础数据进行处理研究知，2016年共记录地闪45598次，正地闪2840次，负地闪42758次;2017年共记录地闪31411次，正地闪2132次，负地闪29279次;2018年共记录地闪46515次，正地闪2113次，负地闪44402次;2019年共记录地闪35843次，正地闪3280次，负地闪32563次;2020年共记录地闪29228次，正地闪3832次，负地闪25396次。基本年正负地闪比例稳定，正地闪7%、负地闪93%（见表1）。
统计资料表明（见图1），雷电流幅值在20～40kA的正地闪、负地闪在每年的闪电频次中所占比例最高，雷电流幅值大于100kA的在每年中所占的比例也较高，从平均值来看，正闪平均电流幅值为63.45kA，负地闪平均电流幅值为-44.10kA，正地闪强度明显大于负地闪。负地闪的电流强度5年全年变化比较均匀，基本在33.03～66.11kA内，较少部分大于100kA[14-15]。正地闪电流强度时间变化较大，最大值出现在8月（759kA）。
1.2 地闪时间变化特征
通过分析2016—2020年邵阳地区闪电数据可知，整体平均趋势和2019年闪电类似，现单独分析2019年闪电数据特征，如图2所示，2019年4月、7月地闪活动最强，地闪频次的月变化呈驼峰型;2016—2020年看出每年的11月到次年的2月，基本没有闪电发生，汛期期间（3～9月），正地闪频次突变，负地闪基本占82.05%;整体各区、县闪电发生变化趋势一致，但结合图1、2可知，邵东、邵阳市、新邵、隆回、洞口、武冈发生闪电概率较大;整体季节性变化，夏季是雷电活动频发期，正地闪在初春、晚秋时节发生概率较大，其破坏性较大，应当加强防范措施。
根据闪电定位资料，计算得到9个区县地闪数据，如表2所示。
根据《IEC62858：2019》Lightning density based on lightning location systems - General principles标准中规定，需利用最近5年数据，选取目标评估物半径周围10km范围数据来归纳闪电活动特征[11]，邵阳地区通过闪电数据可得出表2，可用于以后邵阳雷电综合数据库内。
2 雷电灾害风险防御对策
根据雷电灾害资料2019年《全国雷电灾害汇编》（内部资料）显示，2019年共发生943起雷电灾害事故，其中办公电子电器设备受损占82.29%，电力、石化、学校等行业居多。湖南省雷灾频发期在3～4月、7～9月居多。与图2地闪数据分析出的分布特征吻合对应关系。夏季雷电活动频发从而引发雷击事故增多。从闪电定位仪资料中研究可知，邵阳地区应在3～4月、7～9月这两个时间段内，严格排查防雷措施及完善现有建（构）筑物综合防雷设施[16-17]，特别是内部防雷中的电涌保护器的设计和屏蔽措施。
3 结语
邵阳管辖区域内，整个地形呈东北低西南高链式分布，特殊的地理位置和地形使得邵阳的雷电活动具有较强的局地性。对于市、县区域范围内的雷电灾害风险评估，分析闪电定位数据特征，给出更准确的"N" _"g" ，对雷电灾害风险发生情况于易损程度进行更好的预判，达到科学减少雷电灾害发生的目的。
结合邵阳闪电分布特点、闪电强度等，闪电主要集中在3～8月，以负闪电为主，夏季闪电的高发期，雷暴年平均58.8d，这个时间段的大型项目及综合体项目要极为重视雷电风险评估，加强防雷措施及设施维护，尤其重视电子电气设备。加强对本地区合理划分雷电灾害区域，对降低雷电灾害造成的损失及事故、雷电灾害預警等具有重要意义。
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作者简介：邹德培（1992—），男，本科，初级工程师，研究方向为雷电防护科学与技术。
通信作者：潘江萍（1989—），女，在職研究生，高级工程师，研究方向为气象。E-mail：190963796@qq.com。
基金项目：湖南省气象局课题组研究基金（项目编号：XQKJ15B121）。
