基于LFEDA的一次“晴天霹雳”雷灾事故特征分析

殷启元,周文生,陈易昕

(1.广东省气象公共安全技术支持中心，广东 广州 510080;2.广州市防雷减灾管理办公室，广东 广州 510080)

1 引言

气象灾害带来的威胁越来越大，防灾减灾工作也越来越重要，尤其是雷电灾害，在很多国家一直以来对雷击造成的伤亡和损失进行着研究(Lo′pez RE et al,1998; Coates L et al,1993; Elsom DM,2001;Dlamini WM,2009)。据我国气象部门的统计资料，雷电灾害已成为我国危害程度仅次于暴雨洪涝、气象地质灾害的第三大气象灾害。雷电灾害在空间上与雷闪频数和雷电强度均没有严格的对应关系，雷灾的发生不仅与雷暴自身活动有关，还可能受诸多其他因素的影响(董灵英,2012)。高磊等对全国各省市(港澳台除外)从1998—2007年的雷灾数据进行了统计，决定一个地区的雷击人身伤害风险的高低，不仅与当地的气候有关，还与当地的地形地貌、植被及人民的生产生活方式有关[6]。徐彬彬[7]等依据《1998—2009年全国雷电灾害汇编》建立全国雷电灾害数据库，统计分析发现华南地区雷电造成500万元以上的严重灾害广东省是最多的。目前广东雷灾事故数量总体呈下降的趋势,电子信息系统雷灾发生事故逐年增加,雷灾导致人员伤亡事件逐年减少，农村因雷灾死亡人数远比城镇要高，农村防雷是现阶段的重点和难点[8]。

雷电通常情况下是产生于积雨云里，伴随闪光和雷鸣的一个自然放电现象。从安全的角度来看，闪电从云边向外延伸出去，没有雷声，甚至致人伤亡，这种现象都是不可思议的。Michael Cherington[9]等人首先提出了“晴天霹雳(bolt from the blue)(Michael Cherington,E et al ,1997)，看似有些口语化的感觉，但是非常形象。

近年来，广东发生多次农村人员在雷雨来临前后遭受雷击伤亡事件，如2016年5月5日，广州市增城区2人在雷雨来临前，改建民舍屋顶遭雷击，当场死亡；2016年7月26日，广州市白云区1人在雷雨云团消散时段，荔枝林菜地躲避过程中遭雷击倒地身亡；2017年6月3日，广州市从化区1人在雷雨来临前，农田巡视过程中遭雷击倒地身亡。本文主要以2017年6月3日雷击事故为例，利用闪电低频电场变化阵列和广东省电力雷电定位系统，结合广州番禺气象雷达站单站资料对此次雷击事故详细剖析“晴天霹雳”BOLT放电过程，并给出对农村防雷安全工作指导和提醒。

2 事故回顾

2017年6月3日上午，广州市从化区以晴到多云为主，午后大部分地区多云转雷阵雨。16时36分左右，太平镇高田村平山社村民吴某与目击者在农田和荔枝林巡视，据目击者描述，此时天气晴朗，头顶上方云较少，旁边有一片荔枝林和一小簇竹林以及一条小河沟，突然吴某当场倒地，头发烧焦，脑门有小孔，全身发黑，衣服烧焦，裤包中的手机与皮肉融成一块，此时目击者距离死者吴某10 m左右。事后经气象部门现场勘查，未发现明显的雷击点，在死者倒地位置1 m处有一棵目测为13 m左右大树，该树为周围最高，树上方部分枝叶有烧灼痕迹，距离该树4.5 m处另外一颗高约8 m的树同样有树叶烧灼痕迹，两树周围仍有部分树枝、树皮掉落，现场遗留的帽子上有俩个疑似烧灼的洞，现场附近无铁磁件，无法进行剩磁测试。经法医到场勘察检验，初步认定死者符合雷击死亡特征。图1为本次雷击事故现场情况示意图。

图1 雷击现场情况示意图Fig.1 Diagrammatic sketch of lightning struck

3 资料与方法

广州市从化地区闪电观测数据主要有闪电低频电场变化阵列和广东省电力雷电定位系统两套系统。闪电低频电场变化阵列(Low Frequency Electric field Detection Array，简称LFEDA)由10个电场变化探测子站组成，分布在从化市以及从化市周边，该系统由中国气象科学研究院2015年组网建设完成，各子站的电场变化探头采用的是传统的闪电快电场变化测量仪(Krehbiel et al.,1979)，带宽为160Hz～600KHz，时间常数为1ms；不同子站之间通过时间精度为50ns的GPS时钟实现同步。采集设备的采样位数为12位，采样率为10MHz，采样时长为1ms，预触发位置为20%。

广东省电力雷电定位系统(Guangdong Lightining Location System，简称LLS)，共有16个定向定位和时差定位综合探测站，1个中央处理机和28个雷电信息分析显示终端构成。尽量减小各种复杂因素造成的定位精度误差，LLS 定位误差存在明显的地区差异,珠江三角洲一带定位精度较高,粤北和粤东山区及粤西南定位精度稍差，这主要和雷电探测站分布紧密情况，站与站之间距离和地势等因素有关[8]。

广州番禺气象雷达站于2001年进入业务试运行阶段，该雷达为新一代多普勒天气雷达，其最大探测距离半径为460 km，具有良好的多普勒测速能力，对暴雨、冰雹、龙卷风等灾害性天气有很强的监测和预警能力，包括了灾害性天气的绝大部分的监测和预警内容；多普勒雷达还具有良好的定量测量回波强度的性能，可以定量估测大范围降水，每6 min完成一次完整体扫，生成产品约76种[11]。

4 数据与分析

4.1 雷暴天气分析

6月3日，广州市从化地区以晴到多云为主，500 hPa高度场有西风短波槽东移过境，850 hPa高度场受偏西南风场控制，地面受低压槽控制，并有弱冷空气渗透影响，造成了不稳定天气潜势，午后的热力对流易激发出雷雨过程。

据广州雷达回波图显示，6月3日16时40分左右有分散的雷雨云团开始从白云区方向移进从化区太平镇，17时30分基本移出太平镇。据自动气象站监测的数据显示，离太平镇高田村最近的太平飞鹅站16时50分开始录得0.5 mm降水，到17时30分录得雨量8 mm。

根据广东省电力雷电定位系统资料显示，雷灾事故发生地点(23°24′31″N，113°31′44″E)16时35分—17时05分，该地点附近3 km半径范围内发生闪电55次，17时05分后逐渐减少。16时35分08秒—36分49秒，闪电较为密集，电流强度在8～30 kA之间。图2为事故发生地1 km半径范围雷电监测数据，根据图2所点出来位置离事故发生点最近，时间为2017年6月3日16点36分49秒，电流强度为-30 kA，因此可以确定致人死亡闪电过程发电时间和电流强度。

图2 事故发生地1 km半径范围雷电监测数据图(时间16时36分—16时37分)Fig.2 Lightning location data of 1km radius range in the accident place(time：16∶36—16∶37)

4.2 放电过程分析

根据此次雷灾事故初步判断的时间和位置，基于时间到达法(TOA)利用LFEDA的探测数据，给出此次云地闪过程发展形态以及放电事件的准确位置，此次共定位到31个放电事件，其相应事件和位置见表1，结合2017年6月3日16时36分广州雷达资料，得到LFEDA探测点叠加雷达基本反射率切面图(左图为平面显示器PPI，右图为高度指示器RHI)见图3。RHI图是沿着PPI图的虚线处剖切，可以清晰的看到两套探测系统对于同时间的击中地面位置重合。

表1 LFEDA的探测数据(2017年6月3日16点36分49秒)Tab.1 Exploratory Data of LFEDA(16∶36∶49,June 3,2017)

从图3看出此次地闪过程的发展形态，云内开始发展初始放电，接着延伸出云砧，倾斜击中地面，雷击点头顶上方云底高度大概为3 km，与目击者讲述的事故发生时头顶上云少相符合，因此可以确定此次雷灾事故是典型的“晴天霹雳”伤人事件。研究者发现，“晴天霹雳”通常是从云的侧面出现，然后它们可能会在很长的水平通道上经过数英里，最后才能到达地面(NOAA)。

图3 LFEDA探测点叠加雷达基本反射率切面图(左图为PPI，右图为RHI)红色▲为雷击点；彩色*为云地闪放电辐射点，蓝色为最初，红色为中期，绿色为晚期；右边色带代表为雷达基本反射率强度(dBZ)Fig.3 Sectional view of radar basic reflectivity and LFEDA exploratory data(Left:PPI,Right:RHI) Red▲is lightning point,Color*is cloud to ground lightning discharge radiation point (Blue is the initial, the red is the medium,and the green is the advanced),The legend on the right represents the radar basic reflectivity intensity (dBZ)

对于闪电基本上都会持续一秒以上并伴有很多分叉，通常只有一个路径接地，但是研究表明有1/3到1/2的地闪过程有多个接地点[13]。从图3的PPI也可以看出此次地闪过程在击中地面的同时，云内也有同一时刻的放电事件发生，说明此次地闪过程不止一个接地点。一种理论认为，最初的一部分放电事件排斥后来的放电电荷，使其在别处放电(HE Edens et al，2007)。

5 结论

本文根据LFEDA多个探测站资料，依据广东省电力雷电定位系统地闪资料，以及结合气象雷达基本反射率资料，确认此次雷灾事件是一次负地闪过程造成，放电过程是最初在云内初始放电，延伸出雷暴云砧，再到地面，电流强度30.9 kA，为典型的“晴天霹雳”(Bolt From Blue)雷电过程。并且推断本次地闪过程不止一个接地点。

由于这种现象的存在，造成雷灾发生的不确定性，尤其对处于户外的人身财产的安全危害性更大，因此农村防雷依然是落实安全生产、防灾减灾救灾工作，保障人民生命财产安全的重要方面。农村防雷脆弱主要三大原因，一是科学认识雷电天气现象不够，雷击的防护意识淡薄；二是农忙季节是我国雷电发生概率增高的时段；三是农村主要为较为空旷的野外，容易导致人员伤亡的雷击事故发生。农村或户外活动防雷要做到“两个三十”，即第一在雷雨天气，从看到闪电时开始，心中默数30 s听到雷鸣，说明此时正处于雷电的高危险区域，要立即躲避；第二距最后的一次听到雷鸣，过了30 min后，再也没有出现打雷现象，说明已经处在一个相对安全的环境里，可以放心进行户外活动。

[1] Lo′pez RE,Holle RL.Changes in the number of lightning deaths in the United States during the twentieth century[J].J Clim,1998,11:2070-2077.

[2]Coates L,Blong R,Siciliano FLightning fatalities in Australia,1824-1991[J].Nat Hazards,1993,8:217-233.

[3]Elsom DM.Deaths and injuries caused by lightning in the United Kingdom: analyses of two databases[J].Atmos Res,2001,56:325-334.

[4]Dlamini WM.Lightning fatalities in Swaziland:2000—2007[J].Nat Hazards,2009,50:179-191.

[5]董灵英.广州市雷暴活动规律及雷灾特征研究[D].电子科技大学,2012

[6]高磊,梅勇成.我国各省市雷击人身伤害风险及其相关因素分析[J].广东气象,2011,33(1):51-53.

[7]徐彬彬,刘佼,肖稳安,等.1998—2009年全国重大雷灾分析[A].江苏省气象学会第七届学术交流会[C],2011年10月.

[8]吕海勇,李文飞,吴坚.1995—2014年广东省雷电灾害事故的统计分析[J].广东气象,2015,37(2):52-55.

[9]Michael Cherington,E.Philip Krider,Philip R.Yarnell,Daniel W.Breed.A bolt from the blue: Lightning strike to the head[J].Neurology,1997,48:683-686.

[10]樊灵孟,李志峰,何宏明,等.雷电定位系统定位误差分析[J].高电压技,2004,30(7):61-63.

[11]黄骏,胡东明.广州番禺CINRAD—SA新一代多普勒天气雷达简介[J].广东气象，2002,(4):35-36.

[12]NOAA,http://www.lightningsafety.noaa.gov/bolt_blue.htm.

[13]张义军,吕伟涛,郑栋，等.负地闪先导—回击过程的光学观测和分析[J].高电压技术,2008,34(10):2022-2029.

[14]HE Edens,W Rison,PR Krehbie,RJ Thomas.Bolt-from-the-Blue Lightning Discharges[C].American Geophysical Union,Fall Meeting,2007,12.