雷击风险评估中气象观测要素的应用

李宁

摘 要：雷击风险评估指的是评估由间接雷或者是直击雷而造成的建构筑物损害的风险。以确定损害次数的上限为基础，为建筑物决定更为经济合理防护措施。在《雷电防护》（GB/T21714-2008）第二部分风险管理中，雷暴日数等气象要素是其中的关键性因子，而随着气象观測技术的发展，雷电监测已经由单纯的人工观测发展为人工和闪电定位仪综合观测，大大提升了雷电监测效率。该文系统阐述了雷暴日数、地闪密度、雷电流幅值和雷暴路径等因子如何应用于灾害分析及其在雷击风险评估中的应用方法。

关键词：雷击 风险评估 灾害 气象

中图分类号：P42 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）05（b）-0249-01

雷电灾害是自然灾害的一种。它可以直接造成人员伤亡和建筑物损坏，特别是对如今高度普及的电子信息设备的危害十分明显。根据相关的统计可知，每年全球有超过1万的人口因为雷电而造成伤亡，而经济损失则超过10亿美元。我国位于亚热带和温带地区，雷电较多，由于雷电造成的伤亡每年约3000～4000人[1]。根据雷电的时空分布特征分析可知确定雷电发生的重点区域和主要时段，从而评估雷击的风险，并且还可以促进减灾防灾。

1 雷击风险评估中相关气象数据的监测方式

雷击风险评估中所要用到的气象要素主要有项目所在地的雷暴日数、雷电流幅值、地闪密度和雷暴路径。目前对雷电的观测主要有人工观测和闪电定位仪观测两种。闪电定位仪是根据电磁场、光、声等的特性来测量闪电的回击放电参数。闪电定位仪不仅可以大范围的、实时的闪电的地点、时间、极性、雷电流幅值和回击次数，还可以建立雷电的监测信息数据库，有较高的监测能力和定位精度[2]。

2 气象数据在雷击风险评估中的应用方式

2.1 雷暴日

雷暴日是反映雷电活动规律的重要参数。在《雷电防护》（GB/T21714-2008）第二部分风险管理中提出，物体的物理特征以及所在地区的暴风雨活动情况可以影响受保护的物体的年度雷击次数N[3]。而在《建筑物电子信息系统防雷技术规范》（GB50343-2004）中建筑物年预计雷击次数、建筑物电子信息系统因直击雷和雷电电磁脉冲损坏可接受的年平均最大雷击次数、入户设施年预计雷击次数是其中重要的评估因子。可以说雷暴日数是雷击风险评估中至关重要因子。

通过统计分析项目所在地区的雷暴日数据的，可以在雷击风险评估中对生产建设等进行合理指导，尤其是在安装、调试建筑工程和电子信息系统时应合理的避开雷暴时段和高发期，避免雷击造成的安全隐患。

2.2 地闪密度

雷电具有明显的地域性特征。受到不同的气候条件，特殊地形的影响，由于地区的不同，雷暴日和落雷的分布也不同，即使地区相同，单位面积不同，各类数据也不一定相同。

一个地方遭受雷击的可能性可以通过地闪密度来反应，地闪密度也是评估雷击风险和判断建构筑物防雷类别的重要依据。根据GB50057-2010《建筑物防雷设计规范》，地闪密度（Ng）指的是每年每平方千米遭受到的雷击次数。可以根据下面的公式进行计算。

Ng=0.1×Td （1）

Td指的是年平均雷暴日数，可以通过当地气象观测资料确定。

由公式（1）可知，雷暴日数和地闪密度是唯一的对应关系，各地闪电的多少可以在一定程度上通过雷暴日的多少来反映。其中，雷暴日指的是在一天内可以听到雷声，且不分云闪和地闪，因此，地闪密度很难通过雷暴日得到真实的反映度[4]。

对于同一建筑物，年预计雷击次数可以由下面的公式得到。

Ng=0.1×Td （2）

年预计雷击次数比利用实测的雷击大地密度计算的数值大30%，这导致用年平均雷暴日计算结果判断建筑物的防雷类别等级可能提高[5]。在计算建筑物年预计雷击次数时，应首选建筑物所在区域闪电定位仪测得的地闪密度。当测量地闪密度困难时，再通过雷暴日计算。

2.3 雷电流幅值

在评估雷击风险时，SPD通流容量的选择可以通过评估建筑物所在区域的雷电流幅值得到。而利益通过雷电定位系统而得到的雷电流幅值分布特征，可以得到与实际情况更加符合的防雷计算结果。

在GB 50057中规定第一、二、三类防雷建筑物的雷电流幅值分别为200 kA、150 kA、100 kA。如果在评估中此值计算的话，得出的SPD通流容量可能无法真正反映出被评估建筑物所需SPD的实际通流容量并影响级数判断。因此应选择闪电定位仪提供的实测雷电流幅值来进行计算。以下为计算方法。

假设50%的总雷电流（总雷电流记为i0）流入到建筑物的LPS接地装置，其余的50%（记为i），流入金属管道、外来电力线等设施。SPD1的流通量I1可以由下面的公式计算得到。

I1= i0×50%×× （3）

即为SPD1的Iimp（10/350 μs）；当波形为8/20 μs时，可利用下式得到单位能量推算。

I1（8/20）=I1（10/350）× （4）

雷电流经过SPD1后，SPD2上会有30%～50%的残余能量，则SPD2的标称通流量为：I2= i1×50%，以此类推。

2.4 雷暴路径

雷暴路径是反映某一区域雷电活动规律的主要内容。通过查看雷电灾害的案例，可以发现有些单体反复遭受雷击或者其某些部位反复遭受雷击。这就反映出了此区域雷电活动的规律性。例如20世纪50年代，浙江天目山气象站多次遭受雷电袭击，通过观察可知，雷云一般都是从左侧山头而来，因此1957年人们在那里安装了避雷针，雷雨时节，可以看到避雷针接闪，在此之后该气象站也没有发生直击雷事故【6】。

地面物体遭受雷击的概率受到雷暴路径的影响，物体位于雷暴路径上风方时更容易遭到雷击，在实际的评估雷击风险时，不仅仅需要利用几何模型进行计算，还应该考虑雷暴路径，适当的减少或者增加评估雷击风险时所需要的参考值。

3 结语

雷击风险评估中雷电监测资料的多角度应用，可以使得评估结果更具客观性和科学性，满足较为准确的风险计算，全方位考虑雷电灾害的影响，促使防雷减灾工作的规范化、科学化、准确化。

参考文献

[1] 许小峰.雷电灾害与监测预报[J].气象，2004，30（12）：17-21.

[2] 问楠臻，王亚静.也谈雷电监测资料在雷击风险评估中的应用[J].建筑电气，2009，9（5）：255-257.

[3] 中华人民共和国标准化管理委员会.GB/T21714.2-2008 雷电防护.第2部分：风险管理[S].秦皇岛：中国标准出版社，2008.

[4] 马金福，冯志伟.雷击地闪密度与雷暴日数的关系分析[J].气象科学， 2009，29（5）：674-678.

[5] 傅智斌，汪洋，黄远，等.不同方法确定的雷击密度对防雷分类的影响[J].气象与减灾研究，2013，36（1）：69-72.

[6] 马宏达.山区电网防雷的新概念--区域性防雷[J].电网技术，1990，14（3）：43-46.