三明市雷電氣候特征與雷電災(zāi)害易損度區(qū)劃研究

李衣長　吳林峰　余春華　林文華　王婷婷

摘要

通過對三明市市區(qū)及10個縣（市）氣象觀測站1981—2013年雷電觀測資料的統(tǒng)計分析，得出了三明市雷電氣候特征與變化規(guī)律.采用2003—2012年雷電災(zāi)害數(shù)據(jù)，從雷電致災(zāi)因子、承災(zāi)體因素考慮，選取雷擊密度Ng、雷電災(zāi)害頻度P、經(jīng)濟損失模數(shù)D和生命受損模數(shù)L作為分析雷電災(zāi)害易損度指標參數(shù)，通過廣泛調(diào)研和抽樣調(diào)查問卷，確定各要素所占權(quán)重，計算出三明市區(qū)及所屬10個縣（市）雷電災(zāi)害易損性風險值，確定了雷電災(zāi)害易損度區(qū)劃分級指標，繪制雷電災(zāi)害易損度區(qū)劃圖，完成了雷電災(zāi)害易損度區(qū)劃研究.關(guān)鍵詞雷電災(zāi)害；氣候特征；易損度；區(qū)劃

中圖分類號P242

文獻標志碼A

0引言

三明市地處閩西北山區(qū)，位于16°22′～118°39′E，25°29′～27°07′N.它東接福州，南鄰泉州，西連龍巖，北毗南平，西北靠贛州，東西寬230多千米，南北長180多千米，境內(nèi)以中低山及丘陵為主，西北部為武夷山脈，中部為玳瑁山脈，東南角依傍戴云山脈，下轄1個縣級市（永安市）、2個區(qū)（梅列區(qū)、三元區(qū)）和9個縣，國土面積229萬km2.據(jù)不完全統(tǒng)計，三明市2006—2014年共發(fā)生了1 200多起雷災(zāi)，造成15人死亡，8人受傷，引發(fā)火災(zāi)7起，直接經(jīng)濟損失約2 400萬元，間接經(jīng)濟損失無法準確統(tǒng)計，是福建省雷電次數(shù)最多、雷電災(zāi)害最嚴重的地市之一.為防止和減少雷電災(zāi)害引發(fā)的人身傷亡和財產(chǎn)損失，科學(xué)指導(dǎo)城市規(guī)劃建設(shè)和防雷裝置設(shè)計與安裝，需對三明市雷電氣候特征和雷電災(zāi)害易損度區(qū)劃開展研究.通過對三明市雷電觀測資料統(tǒng)計分析得出雷電氣候特征規(guī)律，利用2003—2012年雷電災(zāi)害數(shù)據(jù)，計算出雷電災(zāi)害易損性風險綜合指數(shù)，完成雷電災(zāi)害易損度區(qū)劃[1]，旨在為三明市今后開展防雷減災(zāi)工作提供參考，發(fā)展智慧氣象，切實提升防雷減災(zāi)公共服務(wù)能力.

1資料來源

11雷電觀測資料

本文所采用的雷電觀測資料為三明市市區(qū)及永安市、沙縣、將樂等10個縣（市）氣象局地面氣象觀測站1981—2013年雷暴日數(shù)及初雷日、終雷日等觀測數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析資料，因2014年后雷電觀測方式發(fā)生改變，使雷電觀測數(shù)據(jù)與之前數(shù)據(jù)不具比較性，故只取到2013年止.

12雷電災(zāi)害數(shù)據(jù)

考慮到雷災(zāi)資料收集的完整性和可比較性，本文采用三明市市區(qū)及所轄10個縣（市）2003—2012年近10年的雷電災(zāi)害數(shù)據(jù)，較客觀真實地反映區(qū)域內(nèi)雷電災(zāi)害次數(shù)、經(jīng)濟損失和人員傷亡情況[2].

2雷電觀測資料統(tǒng)計分析

21各地年平均雷暴日數(shù)及最大、最小值

通過對三明市各地雷暴日數(shù)計算歷年平均值和挑取最大、最小值的方法，統(tǒng)計出各地年平均雷暴日數(shù)（Td）及最大、最小值，具體計

算結(jié)果如表1所示.

通過以上統(tǒng)計數(shù)據(jù)可知：三明市年平均雷暴日數(shù)為485～679 d，其中，年雷暴日數(shù)最大值達89 d（1997年出現(xiàn)在寧化縣和沙縣），年雷暴日數(shù)最小值為26 d（2003年出現(xiàn)在市區(qū)），兩者相差達63 d.

22雷暴日數(shù)空間分布

根據(jù)以上計算得出的各地年平均雷暴日數(shù)（Td）的大小，按照相關(guān)標準進行雷暴日等級劃分，繪制出三明市雷暴日等級劃分[3]，如圖1所示.

通過圖1可知：三明市年平均雷暴日數(shù)空間分布上存在明顯的南北差異，年平均雷暴日數(shù)呈現(xiàn)南高北低的分布特征，以北部將樂縣的485 d為最小，西南部寧化縣的679 d為最大，兩者相差194 d，三明市區(qū)相對于周邊縣（市）較小.

23雷暴日數(shù)年變化

通過對三明市市區(qū)及所屬各縣（市）逐年年平均雷暴日數(shù)求取平均值，得到三明市逐年年平均雷暴日數(shù)，根據(jù)計算結(jié)果繪制出三明市雷暴日數(shù)年際變化曲線，如圖2所示.

通過對圖2分析可知：三明市年平均雷暴日數(shù)為365～771 d，平均值為598 d，年際變化較大，以1997年的771 d為最大，以2003年的365 d為最小，兩者相差406 d.通過分析發(fā)現(xiàn)三明市年平均雷暴日數(shù)年際變化呈現(xiàn)出減少的趨勢.

24雷暴日數(shù)月變化

通過對全市各地月平均雷暴日數(shù)求取平均值，可計算出三明市逐月平均雷暴日數(shù)，并繪制出雷暴日數(shù)月變化曲線，如圖3所示.

通過對圖3分析得出：三明市雷暴活動一年四季均有發(fā)生，呈現(xiàn)出明顯季節(jié)變化特點，秋冬季節(jié)（1—2月、10—12月）為雷電活動低谷期，春夏季節(jié)（3—9月）為雷暴活動活躍時期，3月后雷暴日數(shù)逐月增加，8月達到最高值為116 d，其中5—8月為雷電活動高發(fā)期，雷暴日數(shù)達到384 d，占全年總數(shù)的642%，9月以后又逐漸減少.

通過對市區(qū)及所屬各縣（市）初、終雷暴日期分別計算歷年平均值，可計算出全市各地初、終雷日期，并繪制出三明市初、終雷日區(qū)域分布曲線，分別如圖4和圖5所示.

通過對圖4、圖5及各地初、終雷暴日期資料分析得到：全市平均初雷日在2月22日，最早出現(xiàn)在1月6日（2000年尤溪縣、1996年寧化縣），最晚出現(xiàn)在4月9日（1999年泰寧縣），各地平均初雷日總體上較為接近，但略有不同，呈現(xiàn)出南部偏早，中、北部偏遲的特點；全市平均終雷日在10月10日，最早出現(xiàn)在8月26日（2001年將樂縣），最晚出現(xiàn)在12月29日（1981年大田縣），各地平均終雷日也是總體上較為接近，呈現(xiàn)出北部偏早，中、南部偏遲的特點.

3三明市雷電氣候特征研究分析

通過以上對三明市區(qū)及10個縣（市）氣象觀測站1981—2013年雷暴日數(shù)及初、終雷暴日期觀測資料的統(tǒng)計分析，得到三明市雷電氣候特征及最新變化趨勢[4].

1）平均雷暴日數(shù)區(qū)域分布特征明顯：三明市年平均雷暴日數(shù)為485～679 d，按照《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》（GB 50343—2012）規(guī)定，均屬于多雷區(qū)，雷電活動活躍，需加強雷電防御工作，區(qū)域分布上存在明顯的南北差異，年平均雷暴日數(shù)呈現(xiàn)南高北低的分布趨勢，以北部將樂縣的485 d為最小，西南部寧化縣的679 d為最大，兩者相差194 d.年雷暴日數(shù)最大值達89 d（1997年出現(xiàn)在寧化縣和沙縣），年雷暴日數(shù)最小值為26 d（2003年出現(xiàn)在市區(qū)），兩者相差達63 d.

2） 平均雷暴日數(shù)時間分布特征明顯：

①年變化呈現(xiàn)減少趨勢：三明市年平均雷暴日數(shù)為365～771 d，平均值為598 d，年際變化較大，以1997年的771 d為最大，以2003年的365 d為最小，兩者相差406 d，近年來呈現(xiàn)出減少的趨勢.

②月變化呈現(xiàn)出明顯季節(jié)性特點：三明市雷暴活動一年四季均有發(fā)生，月雷暴日數(shù)具有明顯季節(jié)變化特點，秋冬季節(jié)（1—2月、10—12月）為雷電活動低谷期，春夏季節(jié)（3—9月）為雷暴活動活躍時期，3月后雷暴日數(shù)逐月增加，8月達到最高值為119 d，其中5—8月為雷電活動高發(fā)期，雷暴日數(shù)達到384 d，占全年總數(shù)的642%，9月以后又逐漸減少.

3）初、終雷暴日期相對較集中，但存在較明顯的地域差異：全市平均初雷日在2月22日，各地平均初雷日相對較集中，但略有不同，呈現(xiàn)出南部偏早，中、北部偏遲的特點；全市平均終雷日在10月10日，各地平均終雷日總體上較為接近，但存在一定的地域差異，呈現(xiàn)出北部偏早，中、南部偏遲的特點.

4雷電災(zāi)害易損度區(qū)劃

通過對以上計算得到的三明市及所屬各縣（市）年平均雷暴日數(shù)（Td）的應(yīng)用，再利用三明市2003—2012年雷電災(zāi)害數(shù)據(jù)，從雷電致災(zāi)因子、承災(zāi)體對雷電災(zāi)害易損性風險進行綜合分析，通過收集資料、廣泛調(diào)研，選取了雷擊密度Ng、雷電災(zāi)害頻度P、經(jīng)濟損失模數(shù)D 和生命受損模數(shù)L作為雷電災(zāi)害易損度評估指標[5]，通過對不同行業(yè)、不同專業(yè)、不同文化程度和不同年齡人群進行問卷調(diào)查，確定出計算雷電災(zāi)害易損性風險值公式模型，采用4 級分級法實現(xiàn)雷電災(zāi)害綜合易損性區(qū)劃[6].

雷電災(zāi)害的致災(zāi)因子就是雷電發(fā)生的頻次及烈度.由于烈度的分析缺乏觀測資料（閃電定位觀測資料年限較短），所以采用了各地雷暴日數(shù)、雷電災(zāi)害頻度資料進行分析.

承災(zāi)體主要指承受雷電災(zāi)害的對象，承災(zāi)體的易損性包括自然、經(jīng)濟和社會易損性等方面的內(nèi)容.由于地理環(huán)境、人文環(huán)境及經(jīng)濟發(fā)展狀況等的不平衡性，相同烈度雷電災(zāi)害在不同區(qū)域造成的災(zāi)害損失嚴重程度有著很大差異.本文主要從承災(zāi)體的經(jīng)濟損失和生命損失進行分析.

其中：R 表示雷擊災(zāi)害風險度；Ng、P表示致災(zāi)因子危險性；D、L表示承災(zāi)體易損性；a、b、c、d 為權(quán)重系數(shù)，分別表示致災(zāi)因子危險性、承載體易損性對雷電災(zāi)害易損風險值的貢獻程度.

41參數(shù)定義、說明及取值規(guī)定

1）Ng（雷擊密度）：表示區(qū)域內(nèi)單位面積所發(fā)生的年平均雷電數(shù)量，是反映雷電頻次的一個重要指標，雷擊密度大，說明區(qū)域內(nèi)雷電發(fā)生次數(shù)多，致災(zāi)因子活躍，承載體易損性大.Ng=01×Td，Td取本文對三明市區(qū)及所屬10個縣（市）氣象觀測站統(tǒng)計得出的年平均雷暴日數(shù)，通過公式計算出雷擊密度值.

2）P（雷電災(zāi)害頻數(shù)）：表示區(qū)域內(nèi)年平均發(fā)生雷電災(zāi)害的次數(shù)，反映區(qū)域內(nèi)雷電災(zāi)害發(fā)生頻次的高低，也客觀反映出區(qū)域雷擊易損性情況，是進行致災(zāi)因子分析的一項重要指標.

P=T/a，T定義為某區(qū)域內(nèi) 2003—2012年雷電災(zāi)害總次數(shù)，a為年數(shù)，本文取10.

3）D（經(jīng)濟損失模數(shù)）：表示區(qū)域內(nèi)因雷擊造成單位面積年平均經(jīng)濟損失模數(shù)，單位：10元/（km2·a），該指標比較客觀地反映出區(qū)域內(nèi)因雷擊的經(jīng)濟易損情況，體現(xiàn)區(qū)域雷電災(zāi)害損失程度和防御雷電災(zāi)害的能力.D=DS×103/（S×a），DS定義為某區(qū)域內(nèi)2003—2012年雷電災(zāi)害經(jīng)濟損失總額，單位為萬元，S為區(qū)域面積，單位為km2，a為年數(shù)，本文取10 a.

4） L（生命受損模數(shù)）：表示區(qū)域內(nèi)因雷擊造成單位面積內(nèi)年平均人員傷亡模數(shù)，單位：人/（105·km2·a），該指標比較客觀地反映出區(qū)域內(nèi)生命對雷電災(zāi)害的敏感性，也體現(xiàn)了區(qū)域內(nèi)雷電災(zāi)害造成人員傷亡程度和人員防御雷電災(zāi)害的能力.L=LS/（S×105×a），LS定義為某區(qū)域內(nèi) 2003—2012年內(nèi)因雷擊造成人員傷亡總?cè)藬?shù)，單位為人，S為區(qū)域面積，單位km2，a為年數(shù)，本文取10.

5）權(quán)重系數(shù)及各項評估參數(shù)的取值：

①權(quán)重a、b、c、d值確定：采用問卷調(diào)查形式，通過廣泛調(diào)研，對200多名從事與防雷工作相關(guān)人員進行問卷調(diào)查，經(jīng)過統(tǒng)計分析，得出權(quán)重數(shù)據(jù)[7]，結(jié)果如表2所示.

②Ng、P、D、L參數(shù)取值：通過對第2節(jié)計算結(jié)果的應(yīng)用，可計算出三明市各地落雷密度Ng值；利用三明市2003—2012年雷電災(zāi)害次數(shù)、經(jīng)濟損失額、傷亡人數(shù)及各縣（市）區(qū)域面積可計算出三明市各地雷電災(zāi)害頻數(shù)P、經(jīng)濟損失模數(shù)D、生命受損模數(shù)L（表3）.

42確定各項評估指標分級標準，完成雷電災(zāi)害易損性風險區(qū)劃

1）各項評估指標分級標準確定：雷電災(zāi)害易損性體現(xiàn)了該區(qū)域未來因雷電造成的可能損失量的高低.本文對區(qū)域綜合易損度采用極高、高、中和低4個易損度等級來描述，分級方法采用氣象學(xué)統(tǒng)計分析中的分級統(tǒng)計方法，其核心思想是：首先將12個縣（市、區(qū)）的各項指標值從小到大按順序排列，按每組 3個記錄的方法分為 4組數(shù)據(jù)，第n（n=1，2，3，4）組中的最大值和第n+1組中的最小值的平均值分別作為第n（n=1，2，3，4）級的最大值和第n+1級的最小值，4項雷電災(zāi)害易損性指標分級標準如表4所示.

2）計算雷電災(zāi)害易損性風險值：將表3雷電災(zāi)害易損性風險評估指標按照表 4的等級標準進行劃分，即將各項易損性風險評估指標統(tǒng)一換算為等級取值，如表5所示.然后根據(jù)公式

將各區(qū)域的各項雷電災(zāi)害易損指標等級取值乘以權(quán)重系數(shù)再計算合計值，得到三明市市區(qū)及所屬縣（市）的雷電災(zāi)害易損性風險值計算值（R）（表5）.

3）三明市雷電災(zāi)害易損性風險區(qū)劃：

根據(jù)表5的雷電災(zāi)害綜合易損度計算值，采用 4級分區(qū)法將三明市12個縣（市、區(qū)）劃分為雷電災(zāi)害低易損區(qū)、中易損區(qū)、高易損區(qū)和極高易損區(qū)4個不同的易損度區(qū)域[8]，分級標準使用上述相同的方法確定，得到各等級雷電災(zāi)害易損度區(qū)劃標準，如表6所示.

將表5的計算結(jié)果按照表6的標準，完成三明市12 個縣（市、區(qū)）雷電災(zāi)害易損度區(qū)劃[9]，具體區(qū)劃結(jié)果如圖6所示.

43雷電災(zāi)害易損度區(qū)劃結(jié)果分析

從三明市雷電災(zāi)害易損度區(qū)劃結(jié)果分析可知：三明市雷電易損度等級呈現(xiàn)出南北高中部低的特點，極高易損區(qū)分布在西南部的寧化縣和南部的永安市、大田縣，高易損區(qū)分布在北部的建寧縣和南部的三明市區(qū)，中易損度區(qū)位于三明市中部的明溪縣、北部的泰寧縣和東南部的尤溪縣，低易損度區(qū)分別位于兩個極高易損區(qū)中間的清流縣和被中易損區(qū)包圍的將樂縣和沙縣.這一雷電災(zāi)害易損度區(qū)劃與近幾年三明市發(fā)生雷擊災(zāi)害的情況非常吻合，也與三明市雷電活動氣候特征及最新變化趨勢分析結(jié)果基本吻合，具有科學(xué)性、合理性，能為三明市各縣（市、區(qū)）減低雷電災(zāi)害，開展雷電災(zāi)害防御規(guī)劃提供較客觀的科學(xué)依據(jù).

5結(jié)論

本文通過對雷電觀測資料的統(tǒng)計分析，研究了三明市雷電氣候特征與變化趨勢.在綜合考慮各種主要指標后，通過對雷擊密度Ng、雷電災(zāi)害頻度P、經(jīng)濟損失模數(shù)D和生命受損模數(shù)L的計算，確定了雷電災(zāi)害易損度區(qū)劃分級指標，繪制了雷電災(zāi)害易損度區(qū)劃圖，完成了全市12個縣（市、區(qū)）的雷電災(zāi)害易損度區(qū)劃，有利于抓住防雷減災(zāi)工作的重點，能為當?shù)卣朴喗?jīng)濟社會發(fā)展規(guī)劃和開展防雷減災(zāi)規(guī)劃工作提供有力的科學(xué)依據(jù)[10]，并能引導(dǎo)人們在安排日常生產(chǎn)、生活中，盡量避開雷電高發(fā)期和雷電主要發(fā)生時段.本文開展的雷電氣候特征與雷電災(zāi)害易損度區(qū)劃研究方法，也可為我國其他省市防雷減災(zāi)工作提供參考，各地可根據(jù)當?shù)貙嶋H自然和人文環(huán)境，參考本方法進行綜合分析、評估后完成雷電災(zāi)害易損度區(qū)劃，使防雷減災(zāi)工作的側(cè)重區(qū)域更明確.各地可在加強研究的基礎(chǔ)上，選取更多評估指標，建立更加科學(xué)合理的數(shù)學(xué)模型，提高綜合分析評估和雷電災(zāi)害易損度區(qū)劃的科技內(nèi)涵.

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AbstractThe lightning characteristics and variation trends in Sanming of Fujian provinceare analyzed based on lightning monitoring data from 1981 to 2013，and the vulnerability risk zoning of lightning disaster are made for period of 2003-2013.Lightning vulnerability indicators，including cloud to ground lightning density（Ng），the frequency of lightning disaster（P），economic vulnerability module（D），and vital vulnerability module（L），are selected as indexes for risk assessment of regional lightning disaster and comprehensive evaluation of the vulnerability of Sanming city and its 10 counties.The weights of the lightning vulnerability indicators are calculated based on investigation and questionnaire.Finally，Sanmings lightning vulnerability zoning map is made，which provides scientific basis and valuable reference for the reasonable planning of lightning disaster prevention and reduction in Sanming.

Key wordslightning disaster；climatic characteristics；vulnerability；zoning