哈尔滨雷电监测数据在雷电灾害风险评估中的应用

张修典,齐海超

（黑龙江省防雷中心，黑龙江 哈尔滨150030）

1 引言

雷电灾害风险评估要考虑项目所在地气象环境、地质和地理环境、建筑物的重要性、使用性质和发生雷电的可能性及后果，将这些诸多因素以数值或参数罗列表达，通过公式或绘图方法计算出项目雷击风险值与可承受的风险最大值,然后进行比较，进行经济损失、人员伤亡风险值估算，提出雷电防护设计指导。

大气雷电环境评价是雷电灾害风险评估的基础，雷电监测网数据是进行大气雷电环境评价的基础要素，通过统计雷暴日、闪电定位、大气电场等数据，分析雷电活动时空分布特征，计算雷击大地密度、年预计雷击次数，划分雷击重点保护区域，综合完成大气雷电环境评价[1-2]。

2 黑龙江雷电监测网简介

2005年初，黑龙江省建立了闪电定位监测系统，黑龙江省闪电定位系统由21个探测子站组成，采用时差和方位混合多站综合定位方法，主要探测的是云地闪，闪电资料包括时间、位置、性质、强度、陡度、能量等参数，通过这些参数可以及时掌握雷电发生动态。

闪电定位数据应用于防雷科技服务诸多方面，根据闪电强度大小划分雷电报警等级，若监测得到的闪电强度超过标准值，及时发出预警。当某地发生雷电灾害时，闪电定位历史数据可以为雷电灾害调查鉴定提供参数，为更好地分析雷击原因、改进避雷设施方案做支撑。另外通过大量数据的统计分析来研究闪电的空间分布特征、云地闪密度及强度，分析雷电发生发展规律，有助于了解黑龙江省雷暴规律，对划分雷灾区域，提高防雷技术服务水平有积极意义。

图1 2006-2010年哈尔滨市正（负）闪强度分布图

3 哈尔滨雷电监测数据统计分析

3.1 闪电定位数据

根据近5 a的闪电定位监测资料统计分析，2006、2007、2008、2009、2010 年哈尔滨市闪电次数分别为 34 536、33 355、56 230、42 361、29 760 次，雷暴时间主要发生在19-23时，6月和7月是全年中雷电活动最频繁的两个月，正负闪电强度主要集中在20-70 kA(图 1)。

3.2 雷暴日

根据哈尔滨市1961-2011年气象观测资料统计，年均雷暴日数为32.5 d，属于多雷暴区域。据黑龙江省雷电监测网提供的哈尔滨市5 a雷暴天数资料表明：哈尔滨市年平均雷暴天数有29.6 d，最高年份可达40 d。

雷电主要发生在6-9月，一年中6、7、8月雷暴天数最多，1、2、3、11、12 月份较少， 哈尔滨市夏季雷电现象频繁，每年雷暴天数的月变化呈单峰型特性，主峰在6、7月，最多时当月雷暴日可高达18 d。

4 雷电监测数据在雷电灾害风险评估中的应用

传统的雷电监测仅依靠人工观测确定雷暴日，雷暴日以单站为中心、一定区域范围内所听到的雷声为依据，一天内只要听到一次雷声就算一个雷暴日，这个定义并没有严格规定区域范围和测量人员的听力能力，因此传统监测方法并不能准确表示雷电时空分布特征。闪电定位系统能弥补人工观测的不足，实时监测云地闪电的发生，同时也存在一些不足，闪电定位系统只能监测云地闪，不能监测云闪，由于仪器过于灵敏，容易把环境噪声作为闪电记录在内。因此只有剔除干扰因子，将数据对比分析处理后，才能用于雷电灾害风险评估等防雷技术服务中。

4.1 雷击大地年平均密度计算

根据IEC 62305-2《雷电防护》和QX/T 85-2007《雷电灾害风险评估技术规范》规定，雷击大地密度Ng是指每年每平方公里所发生的雷击大地数量，雷击大地密度值是计算建筑物年预计雷击次数、确定建筑物雷电防护等级的一个重要参数，其值准确度直接影响雷击风险评估结论。

最新《建筑物防雷设计规范》（GB50057-2010）计算雷击大地的年平均密度根据公式：Ng=0.1*Td（Td是年平均雷暴日）。根据当地气象台、站资料确定的Td值，存在人工观测误差、区域划分误差等，观测站过密容易造成数据叠加，重复记录一个雷暴,所以由此计算的密度值不完全可信。

黑龙江省于2005年建立闪电定位监测网，根据气象台闪电定位数据，黑龙江省雷击风险评估中目前应用网格法划分项目区域，统计计算区域内地闪总数，除以网格面积，得到雷击大地年平均密度值。

4.2 雷电灾害风险区域划分

雷电次数和雷电强度是衡量雷电灾害发生概率及危害程度的重要参数，通过雷暴日数统计分析标定雷电灾害风险区域划分强、弱雷区，对于全国范围划分雷电灾害风险区域有实际指导意义，但细化到某一项目周边区域，雷暴日数据观测误差直接影响风险值计算，因此，建立闪电定位数据库，将地闪数据嵌入黑龙江省地理信息系统绘制雷击大地密度图和雷电流幅值累计概率图，参考雷暴日数据，从而进行雷电灾害风险区域划分。

依照划分好的区域，在雷暴来临之前，提供未来某一时段雷电发生的概率、密度和落区等，及时发送预报预警信息（通过手机短信平台、公告显示等气象公共信息发布平台），并采取相应的措施（人员撤离、设备转移、断电等），就可以将可能的损失降到最低。

雷击产生的雷击电磁脉冲对电气和电子系统的损坏是雷电灾害造成经济损失的主要因素，《建筑物防雷设计规范》（GB50057-2010）对防雷区进行划分，主要依据采取屏蔽措施后流入的电涌电流和雷击电磁场强度的衰减程度大小。准确划分防雷区，有利于对后续防雷区采取电涌保护措施，如：对需要保护的设备进行屏蔽外壳或机架安装；在设备前端协调配合好多组电涌保护器安装等。

雷电灾害风险评估通过确定一定时段内建设项目区域内发生的雷击次数，计算出到达评估对象的最大磁场强度闪击，并画出磁场衰减分布图，计算出不同防雷区屏蔽系数和安全距离。

[1]易高流.雷电监测资料在雷击损害风险评估中的应用［J］.江西气象科技，2004，27（4）：45-47.

[2]GB/T21714.2-2008,雷电防护［S］.