懷化市雷災(zāi)特征及成因

薛德鋒 肖坤葵 陳巍 薛明 曾力

摘 要 根據(jù)2008-2015年懷化城郊30 km半徑雷災(zāi)資料，以雷災(zāi)發(fā)生地為中心，30 km為半徑，取雷災(zāi)發(fā)生前、中、后各1 h閃電資料，結(jié)合城市建設(shè)與防雷安全檢測情況，對(duì)雷災(zāi)特征及成因進(jìn)行分析。結(jié)果表明：雷災(zāi)發(fā)生時(shí)刻，閃電密度逐漸加大，強(qiáng)度增強(qiáng)，并隨時(shí)間和距離發(fā)生變化；城市化建設(shè)、電器的大量增加以及防雷設(shè)施的缺損是導(dǎo)致城區(qū)雷災(zāi)多于全市的主要原因。

關(guān)鍵詞 雷電災(zāi)害；時(shí)空分布；成因；湖南省懷化市

中圖分類號(hào)：P427.321 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：1673-890X（2016）09--02

1 雷災(zāi)概述

1.1 地域分布

在收集的76次雷災(zāi)事件中，出現(xiàn)最多的3個(gè)行業(yè)是住宅、辦公、農(nóng)村，分別為16、14、14次；其次是電力、交通、教育、制造、金融等行業(yè)；另有易燃易爆、廣電、通信、衛(wèi)生等行業(yè)也有出現(xiàn)。從地域分布看，市區(qū)（含鶴城區(qū)和中方縣）是雷災(zāi)出現(xiàn)最多的區(qū)域，共出現(xiàn)雷災(zāi)30次，占全市總數(shù)的40%?？h級(jí)區(qū)域中，麻陽最多，出現(xiàn)12次，依次是溆浦7次、洪江市6次，其他縣區(qū)均不足4次或以下。雷災(zāi)造成8人死亡，其中溆浦3人、通道2人，芷江、靖州、新晃各1人。

市區(qū)雷災(zāi)均出現(xiàn)在30 km半徑范圍，其中城區(qū)15起、近郊7起、遠(yuǎn)郊8起。雷災(zāi)出現(xiàn)最多的行業(yè)是辦公9次，住宅6次，交通4次，另有交通、農(nóng)村、電力、學(xué)校、金融、通信、易燃易爆場所等也有雷災(zāi)發(fā)生。

1.2 時(shí)間分布

市區(qū)雷災(zāi)常出現(xiàn)在3-8月，其中8月最多，占31.6%，依次是6月21.1%、5月17.1%、3月13.2%、4月9.2%、7月7.9%。從時(shí)段分布看，主要集中在13：00-16：00，共出現(xiàn)18次，占60%，最多出現(xiàn)15：00-16：00，出現(xiàn)9次，占30%。這與我國中部5省云地閃電時(shí)空分布特征基本一致[1]。

2 閃電密度與雷災(zāi)的關(guān)系

2.1 雷災(zāi)時(shí)刻與歷年閃電密度對(duì)比

市區(qū)30 km范圍歷年閃電密度為1.36次/（a·km2），而雷災(zāi)時(shí)刻的閃電密度要高得多。在不計(jì)重復(fù)的19次雷災(zāi)閃電資料中，雷災(zāi)時(shí)刻閃電密度為0.034次/（h·km2）。其中災(zāi)中1小時(shí)閃電密度最大，為0.045次/（h·km2），是歷年平均密度的292倍；災(zāi)前1 h次之，為0.037次/（h·km2）；災(zāi)后1 h雷電減少為0.021次/（h·km2）。3 km范圍內(nèi)，90 min前雷災(zāi)地點(diǎn)沒有雷電記錄，90 min內(nèi)開始出現(xiàn)雷電，災(zāi)前30 min成倍增長，至雷災(zāi)發(fā)生時(shí)15 min，閃電十分頻繁，平均約4 min就有1次閃電發(fā)生，雷災(zāi)后15 min閃電跳崖式減少，至2 h后閃電逐漸消失。

2.2 災(zāi)點(diǎn)距離與閃電密度的關(guān)系

雷災(zāi)時(shí)刻閃電密度的分布與相距雷災(zāi)地點(diǎn)的距離密切相關(guān)。災(zāi)前在距雷災(zāi)地點(diǎn)14～22 km處有較強(qiáng)雷云形成并發(fā)生閃電，密度為0.053次/（h·km2）；隨后，雷云不斷加強(qiáng)，閃電頻次加大，并以約20 km/h的速度向雷災(zāi)地點(diǎn)移動(dòng)，在雷災(zāi)地點(diǎn)附近達(dá)到最大，密度加大到0.253次/（h·km2）；雷災(zāi)出現(xiàn)后0.5～1.5 h，30 km范圍內(nèi)閃電密度比較均勻，沒有明顯的高值點(diǎn)。（見圖1）

2.3 災(zāi)點(diǎn)與閃電距離的關(guān)系

閃電距離是造成雷災(zāi)的重要因素，相距越近，造成雷災(zāi)的可能性越大。災(zāi)中1 h，43%的雷災(zāi)在1 km內(nèi)有閃電出現(xiàn)，75%的雷災(zāi)在2 km內(nèi)有閃電出現(xiàn)，所有雷災(zāi)在5 km范圍內(nèi)有閃電出現(xiàn)。

3 閃電強(qiáng)度與雷災(zāi)的關(guān)系

3.1 雷災(zāi)時(shí)刻與歷年閃電強(qiáng)度的對(duì)比

雷電強(qiáng)度是指一次雷電過程交換電量的多少，數(shù)值越大，強(qiáng)度越強(qiáng)，破壞力也越大[2]。懷化歷年30 km范圍平均閃電強(qiáng)度42 ka，其中正閃64ka，負(fù)閃41 ka。雷災(zāi)時(shí)刻30 km閃電強(qiáng)度要比歷年平均高16.4%，為48.9 ka。各距離段的最強(qiáng)雷電以災(zāi)中時(shí)段最強(qiáng)，離雷災(zāi)點(diǎn)15 km內(nèi)均超過300 ka，平均為377.7 ka，而災(zāi)前或?yàn)?zāi)后最強(qiáng)雷電有高有低，平均為151.5 ka和248.3 ka。

3.2 災(zāi)點(diǎn)距離與閃電強(qiáng)度的關(guān)系

災(zāi)前強(qiáng)雷中心位于離雷災(zāi)地點(diǎn)21～24 km處，有離雷災(zāi)地點(diǎn)越近，閃電強(qiáng)度越低的趨勢。災(zāi)中時(shí)刻，離雷災(zāi)地點(diǎn)越近，則雷電越強(qiáng)，最強(qiáng)處位于雷災(zāi)地點(diǎn)3 km內(nèi)，平均強(qiáng)度為57.9 ka，從雷災(zāi)中心到12 km處，閃電強(qiáng)度逐漸減弱至43～50 ka。災(zāi)后強(qiáng)雷中心由雷災(zāi)中心移至12 km處并達(dá)到最強(qiáng)為78.2 ka。簡單地說，災(zāi)前1 h，在雷災(zāi)地點(diǎn)21～24 km處有強(qiáng)雷中心出現(xiàn)；災(zāi)中1 h，強(qiáng)雷中心移至雷災(zāi)地點(diǎn)3 km以內(nèi)；災(zāi)后1 h，強(qiáng)雷中心移至雷災(zāi)地點(diǎn)12 km以外。

4 雷災(zāi)成因分析

4.1 城市建設(shè)對(duì)雷災(zāi)形成的影響

據(jù)研究，城鎮(zhèn)化建設(shè)使懷化城區(qū)面積較2007年增長1倍，因?yàn)槌菂^(qū)熱島效應(yīng)及水汽的缺少，使雷電的發(fā)生在城區(qū)中心上空變得更加困難，而在城郊15～30 km范圍內(nèi)，來自城區(qū)的上升氣流在這里下沉，來自鄉(xiāng)村的潮濕空氣更容易將大氣中的電荷傳導(dǎo)至大地[3]，遇到適合的電荷釋放機(jī)制，便可以形成雷電，從而出現(xiàn)城郊雷電密度高于城市中心的現(xiàn)象。這也是懷化城郊雷災(zāi)多于全市平均的重要原因。

4.2 電器的普及增加了雷擊風(fēng)險(xiǎn)

城市快速擴(kuò)展，人口對(duì)應(yīng)增加，電器高度普及。隨著電子設(shè)備總量的增長，電器遭受雷擊的風(fēng)險(xiǎn)也在增加。30次雷災(zāi)事件中，僅有2次沒有電器受損，93%的雷災(zāi)伴有電器受損。

4.3 防雷設(shè)施的缺損

防雷設(shè)施的缺損是導(dǎo)致雷災(zāi)的主要原因。在雷災(zāi)事件中，90%以上是沒有安裝防雷設(shè)施或設(shè)施損壞。只有極少數(shù)是因?yàn)槔纂姀?qiáng)度大、頻次高導(dǎo)致雷災(zāi)出現(xiàn)。2015年，市防雷中心檢測222個(gè)場所，發(fā)現(xiàn)147處缺少SPD、21處SPD損壞、11處避雷帶或引下線銹蝕斷裂、61處接地電阻偏大、3處缺少匯流銅排、37處設(shè)備未做防雷接地和9處其它問題。常規(guī)檢測的場所尚存在如此多的問題，而未做年檢或根本就沒有安裝防雷設(shè)施的場所問題會(huì)更多。

5 結(jié)語

通過對(duì)雷災(zāi)事件特征和雷電特征的綜合分析，找出了懷化雷災(zāi)發(fā)生時(shí)刻雷電密度加大，強(qiáng)度增強(qiáng)，并隨時(shí)間、距離發(fā)生變化的規(guī)律。結(jié)合防雷安全檢測實(shí)況，指出了懷化雷災(zāi)形成的主要原因，為防雷服務(wù)提供了客觀的分析資料。

參考文獻(xiàn)

[1]成勤.我國中部五省云地閃電時(shí)空分布特征分析[J].暴雨災(zāi)害，2011，30（3）.

[2]薛德鋒，張東升，曾力.懷化城市建設(shè)對(duì)雷電活動(dòng)的影響[J].自然科學(xué)，2015（12）.

[3]袁立新.雷電的生成、運(yùn)行和避雷[J] 吉林師范大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2011（4）.

（責(zé)任編輯：劉昀）