透視雷電災(zāi)害

徐永勝 湖南省防雷中心

卓尚皓 湖南省石門(mén)縣氣象局

曹俊峰 湖南省防雷中心

透視雷電災(zāi)害

徐永勝 湖南省防雷中心

卓尚皓 湖南省石門(mén)縣氣象局

曹俊峰 湖南省防雷中心

氣象專(zhuān)家提醒說(shuō)，從三月開(kāi)始，湖南將進(jìn)入雷電多發(fā)時(shí)期。因此，本刊邀請(qǐng)了湖南省防雷中心主任徐永勝，全方位解讀雷電災(zāi)害，為大家提供防雷“全攻略”。

本期專(zhuān)家

徐永勝

大氣物理高級(jí)工程師、中國(guó)氣象學(xué)會(huì)雷電防護(hù)委員會(huì)委員、湖南省電磁兼容學(xué)會(huì)副理事長(zhǎng)、成都信息工程學(xué)院客座教授、湖南省氣象培訓(xùn)中心教授、湖南省安全生產(chǎn)專(zhuān)家委員會(huì)專(zhuān)家。1978年畢業(yè)于南京氣象學(xué)院大氣探測(cè)專(zhuān)業(yè)，同年分配到湖南省氣象科研所從事人工影響天氣研究工作。1997年-1999年調(diào)湖南省氣象局科技開(kāi)發(fā)中心任副主任，從事防雷與環(huán)境評(píng)價(jià)管理工作，2000年至今調(diào)湖南省防雷中心任主任，從事防雷技術(shù)服務(wù)、雷電科研與管理工作。在科研、業(yè)務(wù)與技術(shù)服務(wù)管理崗位上，曾主持完成多項(xiàng)重點(diǎn)防雷工程項(xiàng)目的防雷設(shè)計(jì)與施工，組織編寫(xiě)了《湖南省新農(nóng)村住宅建設(shè)雷電防護(hù)技術(shù)實(shí)用手冊(cè)》和煙花爆竹企業(yè)防雷地方標(biāo)準(zhǔn)，主持研發(fā)的《湖南省雷電監(jiān)測(cè)預(yù)警綜合業(yè)務(wù)平臺(tái)》等業(yè)務(wù)系統(tǒng)獲省政府科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)二項(xiàng)，省政府一等功、二等功各一項(xiàng)，國(guó)內(nèi)外刊物上發(fā)表論文30余篇。

雷電是發(fā)生在自然大氣中的瞬間放電過(guò)程，并同時(shí)伴有聲、光的出現(xiàn)。雷電產(chǎn)生的原因是由于雷暴云中強(qiáng)烈的上升和下沉氣流的對(duì)流運(yùn)動(dòng)，使云中隨機(jī)分布的正負(fù)電荷呈現(xiàn)有序排列的結(jié)構(gòu)，在云中形成許多正電荷區(qū)和負(fù)電荷區(qū)。當(dāng)雷暴云中部分區(qū)域積累了足夠強(qiáng)的正（負(fù)）電荷，使得空間或地面某處的電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到了擊穿大氣的值，則產(chǎn)生雷擊。在聯(lián)合國(guó)公布的最嚴(yán)重的十大自然災(zāi)害中，雷電災(zāi)害被稱(chēng)之為“電子時(shí)代的一大公害”。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在全球范圍內(nèi)，時(shí)時(shí)刻刻都有雷電交作的奇觀，平均每天達(dá)800多萬(wàn)起，每年要發(fā)生30多億起。那么一次閃電的能量究竟有多大呢？它可以讓一只100瓦的燈泡亮3個(gè)月。一道閃電撕裂云層，破天而出，短的可能只有數(shù)百米，長(zhǎng)的卻可達(dá)到數(shù)千米，令人眼花繚亂， 驚心動(dòng)魄。閃電時(shí)放電通道中空氣的溫度突然達(dá)到17000℃至28000℃之間，相當(dāng)于太陽(yáng)表面溫度的3至5倍。美國(guó)國(guó)家雷電安全研究所公布的一份調(diào)查報(bào)告列舉了這樣一組觸目驚心的數(shù)字：每年全國(guó)因雷擊造成的經(jīng)濟(jì)損失約50至60億美元，釀成的火災(zāi)3萬(wàn)余起，30%的電力事故與雷電有關(guān)，石油產(chǎn)品儲(chǔ)存和儲(chǔ)存罐事故中的80%系雷擊引起，50%的野外火災(zāi)起因于雷電，因雷電引發(fā)的過(guò)高電壓使物理裝置造成的損失占大約80%。

一、湖南雷電災(zāi)害頻繁

湖南是雷電災(zāi)害頻繁的省份之一，每年的雷暴日大約在60天左右，全省公用建筑、住宅區(qū)、工業(yè)園區(qū)和其它易受雷擊的場(chǎng)所因雷擊引起的事故逐年增多，特別是高層建筑及弱電設(shè)施的雷災(zāi)事故呈上升趨勢(shì)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，自2003年至2007年12月，全省共發(fā)生雷災(zāi)事故3162起，引發(fā)火災(zāi)、爆炸事故80起，因雷擊造成人員死亡177人，傷261人，給國(guó)家和人民生命財(cái)產(chǎn)安全造成嚴(yán)重?fù)p失。

雷電災(zāi)害年變化

圖1給出了2003—2007年湖南雷電災(zāi)害逐年發(fā)生次數(shù)。分析圖1可知，我省平均每年發(fā)生雷電災(zāi)害419.6次，逐年雷電災(zāi)害次數(shù)呈現(xiàn)波動(dòng)增長(zhǎng)，2007年全年較03-06年所有雷災(zāi)次數(shù)有大幅度增長(zhǎng)，增加49%。

圖1 2003—2007年湖南雷電災(zāi)害發(fā)生次數(shù)統(tǒng)計(jì)

圖2 2003-2007年雷電災(zāi)害發(fā)生次數(shù)平均月變化

雷電災(zāi)害月變化

雷電災(zāi)害發(fā)生的季節(jié)性變化明顯，一年四季均有發(fā)生，多出現(xiàn)在夏季。圖2給出了2003—2007年我省雷電災(zāi)害發(fā)生次數(shù)平均月變化。由圖2可以看出，雷電災(zāi)害主要集中分布在3—9月，其中6—8月尤為嚴(yán)重，平均雷電災(zāi)害次數(shù)分別為21、45、38次，共占全部雷災(zāi)次數(shù)的62%，故夏季成為我省雷電災(zāi)害的高發(fā)季節(jié)，主要因?yàn)橄募緶貪駳饬魍ⅲ瑢?duì)流性天氣相對(duì)較多，閃電活動(dòng)相對(duì)頻繁。

雷電災(zāi)害空間分布

圖3給出了2003—2007年我省雷電災(zāi)害發(fā)生次數(shù)的空間分布。由圖3可以看出，雷電災(zāi)害呈明顯的帶狀分布，高值集中分布在2條帶上，一為東部，包括岳陽(yáng)、長(zhǎng)沙、株洲，二為西南懷化；中部為較高值區(qū)域，包括常德、益陽(yáng)、邵陽(yáng)和永州；低值區(qū)域?yàn)閵涞?、衡?yáng)和郴州；最低值為張家界、湘西自治州和湘潭。

圖3 2003—2007年雷電災(zāi)害發(fā)生次數(shù)的空間分布

遭受雷電災(zāi)害的主要行業(yè)分布

首先將所有遭受雷擊的行業(yè)設(shè)備分成電力、通信、金融、住宅小區(qū)、交通、易燃易爆等8個(gè)行業(yè)，結(jié)果顯示：電力、電子、易燃易爆行業(yè)和住宅小區(qū)的雷擊事故較多，占總數(shù)的72.8%。從而可見(jiàn)，受災(zāi)面大大擴(kuò)大，從電力、通信這兩個(gè)傳統(tǒng)領(lǐng)域擴(kuò)展到幾乎所有行業(yè)，特別是與高新技術(shù)關(guān)系最密切的領(lǐng)域，閃電直擊和過(guò)電壓波沿線(xiàn)傳輸變?yōu)榭臻g閃電的脈沖電磁場(chǎng)從三維空間入侵到任何角落造成災(zāi)害，因而防雷工程已從防直擊雷、感應(yīng)雷進(jìn)入到防雷電電磁脈沖（LEMP）。前面是指雷電的受災(zāi)行業(yè)面擴(kuò)大了，這里指雷電災(zāi)害的空間范圍擴(kuò)大了。

圖4 雷電災(zāi)害損失行業(yè)分布

雷電的本身并沒(méi)有變，而是科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，使得人類(lèi)社會(huì)的生產(chǎn)生活狀況變了。微電子技術(shù)的應(yīng)用滲透到各種生產(chǎn)和生活領(lǐng)域，微電子器件極端靈敏這一特點(diǎn)很容易受到無(wú)孔不入的雷電電磁脈沖（LEMP）的作用，造成微電子設(shè)備的失控或者損壞。

二、雷鳴電閃為害城鄉(xiāng)

人員傷亡——農(nóng)村大于城市

圖5 給出了2003-2007 年因雷擊導(dǎo)致人員傷亡城市、農(nóng)村對(duì)比情況。雷電災(zāi)害造成的人員傷亡中，農(nóng)村人員為182，占到了68%，城市人員為88，占32%。這主要因?yàn)?，農(nóng)村的電力線(xiàn)路、電話(huà)線(xiàn)路很多是由電桿架空支撐引入的，雷暴在空曠的農(nóng)田上閃擊后會(huì)經(jīng)這些架空電力線(xiàn)、電話(huà)線(xiàn)引入室內(nèi)，造成室內(nèi)設(shè)備損毀和人員傷亡，且農(nóng)村的露天空曠場(chǎng)所遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于大中城市，這些地點(diǎn)幾乎沒(méi)有安裝完善的直擊雷防護(hù)設(shè)施。

圖5 2003-2007 年城市、農(nóng)村雷擊人員傷亡對(duì)比

經(jīng)濟(jì)損失——城市遠(yuǎn)大于農(nóng)村

圖6給出了2003-2007年發(fā)生于城市和農(nóng)村雷電災(zāi)害經(jīng)濟(jì)損失總數(shù)對(duì)比情況。由圖可知，城市因雷擊造成的經(jīng)濟(jì)損失總和為1.55億，農(nóng)村為0.2億，城市雷災(zāi)經(jīng)濟(jì)損失總數(shù)是農(nóng)村的7倍多。主要因?yàn)?，城市因雷擊造成的?jīng)濟(jì)損失遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于農(nóng)村。隨著城市經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，微電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)迅猛增多，以集成電路為核心的各種測(cè)控及網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于航空航天、金融、郵電、電力、石油化工、交通運(yùn)輸?shù)雀餍袠I(yè)及醫(yī)療保健等現(xiàn)代生活各領(lǐng)域。這類(lèi)電子系統(tǒng)或設(shè)備元器件的集成度高，信息存儲(chǔ)量大，速度和精度不斷提高，但工作電壓僅有幾伏，信息電流有的僅為微安級(jí)，對(duì)過(guò)電壓、過(guò)電流、電磁脈沖等外來(lái)干擾極其敏感且耐受能力極低。當(dāng)雷電等過(guò)電壓和伴隨的電磁場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到某一閾值時(shí)，輕則引起系統(tǒng)失靈，重則導(dǎo)致系統(tǒng)或其元器件永久損壞。雷電災(zāi)害造成經(jīng)濟(jì)損失，設(shè)備損壞帶來(lái)的直接損失只是一方面，而由此帶來(lái)的間接的社會(huì)經(jīng)濟(jì)損失則更大，如2006年4月5日晚，寧鄉(xiāng)縣某銀行辦公樓機(jī)房遭雷擊發(fā)生火災(zāi)，墻體被雷擊穿，機(jī)房及全部設(shè)備被毀，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)40萬(wàn)元，造成全縣該銀行營(yíng)業(yè)網(wǎng)點(diǎn)停業(yè)，間接損失無(wú)法估計(jì)。所以進(jìn)一步加強(qiáng)防雷措施對(duì)于保障和促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要意義。

圖6 2003-2007 年城市、農(nóng)村雷擊經(jīng)濟(jì)損失對(duì)比

三、雷電無(wú)情防護(hù)有術(shù)

雷電災(zāi)害雖然可怕，但只要有得力的防范措施，絕大部分損失都是可以避免的，至少會(huì)使損失和危險(xiǎn)降低。一是要有防雷裝置（外部和內(nèi)部雷電防護(hù)裝置的統(tǒng)稱(chēng)），如果防雷裝置不合格或沒(méi)有防雷裝置，雷擊的危害時(shí)刻都有可能發(fā)生。2007 年5月23日下午4時(shí)許，重慶開(kāi)縣一小學(xué)遭雷擊，據(jù)事后調(diào)查所知，當(dāng)時(shí)一聲巨響之后，教室內(nèi)騰起一團(tuán)黑煙，煙霧中2個(gè)班95名學(xué)生和教師幾乎全倒在了地上，有的學(xué)生全身被燒得黑糊糊的，衣服、鞋子和課本碎屑撒了一地，傷39人，7 個(gè)鮮活的生命瞬間消失。此次事件引起了國(guó)務(wù)院領(lǐng)導(dǎo)的高度重視，并下發(fā)了《關(guān)于進(jìn)一步做好防雷減災(zāi)工作的通知》，要求各地、各部門(mén)高度重視防雷減災(zāi)工作，對(duì)今后整個(gè)社會(huì)的防雷工作起到極大的推動(dòng)作用。二是雷雨時(shí)不要在野外作業(yè)，在曠野里不要使用帶有金屬桿的雨傘或肩扛金屬工具，也不要在空曠的水邊、山坡孤立的小屋、工棚、涼亭避雨。千萬(wàn)不要在大樹(shù)下避雷，在打雷時(shí)最好離大樹(shù)5米遠(yuǎn)，因?yàn)榇髽?shù)很容易引來(lái)雷電。最好是進(jìn)入室內(nèi)并關(guān)好門(mén)窗，防止雷電直擊室內(nèi)或者球形雷飄進(jìn)室內(nèi)。應(yīng)將家用電器電源切斷，盡量不要撥打、接聽(tīng)電話(huà)，也不要再用電話(huà)上網(wǎng)，應(yīng)拔掉電源和電話(huà)線(xiàn)及電視閉路線(xiàn)等可能將雷電引入的金屬導(dǎo)線(xiàn)。在室內(nèi)要遠(yuǎn)離進(jìn)戶(hù)的金屬管道以及跟屋頂相連的下水管等。晾曬衣服、被褥等用的鐵絲不要拉在窗戶(hù)、門(mén)口上，以防鐵絲引雷致人死亡事件的發(fā)生，人近距離處在電燈的下方也十分危險(xiǎn)。如果雷雨天有急事必須外出，最好穿上膠鞋，這樣可以起到絕緣的作用來(lái)保護(hù)自己。

許多人對(duì)雷電的防范意識(shí)淡薄，總認(rèn)為雷電災(zāi)害是極遙遠(yuǎn)的甚至如神話(huà)，這些意識(shí)給防雷帶來(lái)隱患。另?yè)?jù)災(zāi)情調(diào)查統(tǒng)計(jì)資料顯示，我省損失較大的雷災(zāi)個(gè)例中，有79%發(fā)生在防雷裝置不合格建筑物內(nèi)。建（構(gòu)）筑物防雷裝置質(zhì)量與雷電致災(zāi)率密切相關(guān)。在眾多人員密集場(chǎng)所，尤其是學(xué)校、賓館、劇場(chǎng)、工廠以及住宅小區(qū)等建筑物防雷裝置大多不合格或沒(méi)有防雷裝置，且相當(dāng)一部分單位以種種理由拒絕防雷裝置的安全檢測(cè)，只考慮經(jīng)濟(jì)利益而忽視對(duì)生命的尊重。其實(shí)，樹(shù)立和加強(qiáng)防雷安全意識(shí)，警鐘長(zhǎng)鳴，營(yíng)造良好和諧的社會(huì)是每個(gè)人應(yīng)盡的義務(wù)。

四、監(jiān)測(cè)預(yù)警防止雷電惹禍

我們已跨入新的世紀(jì)，如果說(shuō)在20 世紀(jì)人們還只能被動(dòng)地抗御雷電災(zāi)害的話(huà)，那么21 世紀(jì)將是人類(lèi)主動(dòng)迎戰(zhàn)雷電、趨利避害的新時(shí)代。在科學(xué)技術(shù)日益發(fā)展的今天雖然我們還不能完全控制強(qiáng)烈的雷電，但是人類(lèi)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的摸索與實(shí)踐，現(xiàn)在已經(jīng)積累起很多有關(guān)防雷電的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，并形成一系列對(duì)防雷行之有效的方法和技術(shù)。目前我省已建成長(zhǎng)沙、常德、岳陽(yáng)、衡陽(yáng)、邵陽(yáng)、永州、郴州、懷化、張家界、安化10個(gè)低頻閃電監(jiān)測(cè)站，構(gòu)成氣象部門(mén)雷電低頻閃電監(jiān)測(cè)站網(wǎng)（如圖7），可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)閃電發(fā)生的時(shí)間、地點(diǎn)、極性、強(qiáng)度、誤差等參數(shù)。此外，由省防雷中心研制的雷電監(jiān)測(cè)預(yù)警綜合業(yè)務(wù)平臺(tái)有效結(jié)合雷達(dá)、小尺度大氣電場(chǎng)儀和精細(xì)地理信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了雷暴發(fā)生時(shí)，預(yù)警系統(tǒng)就能迅速確定其位置、強(qiáng)度和移動(dòng)方向，及時(shí)把信息發(fā)布出去，使廣大人民群眾在雷暴到來(lái)前就采取防范措施，免遭雷電侵害。

圖7

隨著城市化進(jìn)程和經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，雷電災(zāi)害造成的損失日益嚴(yán)重，防雷減災(zāi)工作任重道遠(yuǎn)，還需要不斷提高對(duì)雷電災(zāi)害形成機(jī)理的認(rèn)識(shí)和加強(qiáng)對(duì)雷電災(zāi)害的科學(xué)防御，提高整個(gè)社會(huì)的雷電防御能力，滿(mǎn)足經(jīng)濟(jì)社會(huì)持續(xù)發(fā)展對(duì)防雷減災(zāi)的更高需求。 責(zé)任編輯 林潔