拉薩市城區(qū)雷電特征與防護技術

許永彬 格桑次仁 陳勇

摘要利用拉薩市歷年人工地面觀測資料、閃電定位儀等資料，采用ArkGIS等軟件和層次分析法，研究拉薩市城區(qū)歷史雷擊及雷災情況、爆炸危險場所分布，最終劃分出拉薩市城區(qū)雷災易發(fā)區(qū)，并提出相應的防御措施。結果表明，拉薩市城區(qū)年均雷暴日數為70.5 d，月雷暴日數主要在5—9月，11月—次年3月幾乎無雷暴出現，月雷暴日分布呈單峰型；雷電活動存在明顯的日變化，主要出現在14∶00—次日02∶00。拉薩市城區(qū)閃電分布較為均勻，負閃電占絕大多數。雷電災害具有發(fā)生頻次多、范圍廣、雷暴活動期長等特點。城中、城東、城南區(qū)域為雷電災害易發(fā)區(qū)域；城北、城西/開發(fā)區(qū)雷災易發(fā)等級中等，柳梧新區(qū)雷災易發(fā)等級最低。

關鍵詞拉薩市城區(qū)；雷電特征；雷災易發(fā)區(qū)；防護技術

中圖分類號S429文獻標識碼

A文章編號0517-6611（2017）10-0184-07

Lightning Characteristics and Protection Technology of Urban Area of Lhasa City

XU Yongbin， GESANG Ciren， CHEN Yong（Lightning Protection Center of Tibet Autonomous Region，Lhasa，Tibet 850000）

AbstractBased on the artificial ground observation data and lightning location data in Lhasa City，using AirGIS software and the analytic hierarchy process，lightning stroke， lightning disaster and distribution of explosion hazardous area in urban area of Lhasa City was studied，the disaster prone areas were divided， and put forward the corresponding prevention measures.The results showed that the average number of thunderstorm days in urban area of Lhasa City was 70.5 days， and the number of monthly thunderstorm days was mainly from May to September， and there was almost no thunderstorm from November to March of next year，and the monthly thunderstorm days showed a single peak type.Lightning activity had obvious diurnal variation， mainly in 14∶00 - the next day 02∶00.Lightning distribution of urban area of Lhasa City was more uniform，negative lightning accounted for the majority.Lightning disaster had many characteristics， such as frequency more， wide range and long period of thunderstorm activity.Urban， east and south of the region were lightning disaster prone areas.North and west （development zone）of the city were disaster prone middle grade， Liuwu new district was lightning disaster prone to the lowest level.

Key wordsUrban area of Lhasa City；Lightning characteristics；Lightning disaster prone areas；Protection technology

雷電災害是聯(lián)合國“國際減災十年”公布的最嚴重的10種自然災害之一。拉薩市城區(qū)是雷暴高發(fā)地區(qū)，隨著經濟社會的快速發(fā)展，高層建筑、現代化電子設備和人員、財產密集場所的大量增多，以及農牧民野外放牧、采挖中藥材等活動的劇增，雷擊事件和雷電災害損失的嚴重程度呈上升趨勢，并呈多樣性方式發(fā)展[1]。防雷減災已成為關系到現代城市化建設、信息化發(fā)展和新農村建設防災減災的重大課題[2-5]。筆者利用拉薩市歷年人工地面觀測資料、閃電定位儀等資料，采用AirGIS等軟件和層次分析法，研究拉薩市城區(qū)歷史雷擊及雷災情況、爆炸危險場所分布，最終劃分出拉薩市城區(qū)雷災易發(fā)區(qū)[6]，為市民日?；顒犹峁┓览讌⒖迹矠槌鞘幸?guī)劃、新建重點工程、建設項目的合理選址、選材提供科學依據。

1資料與方法

1.1研究區(qū)概況拉薩是我國西藏自治區(qū)的首府，西藏的政治、經濟、文化和宗教中心，也是藏傳佛教圣地。拉薩位于西藏高原的中部、喜馬拉雅山脈北側，地處雅魯藏布江支流拉薩河中游河谷平原，處于青藏高原溫帶半干旱季風氣候區(qū)，年日照時數達3 000 h，在全國各城市中名列前茅，故有“日光城”之美稱。拉薩海拔高達3 650 m，因而空氣稀薄，氣溫低，日夜溫差大。極端最高氣溫不超過30 ℃，極端最低氣溫則在-16 ℃以下。冬春干燥，多大風，年無霜期僅 100～120 d；年降水量200～510 mm，集中在6—9月份，多夜雨，拉薩的年夜雨率達85%。

該研究區(qū)域為拉薩市城區(qū)，根據城市主干道分布、城市區(qū)域發(fā)展水平、地理環(huán)境將拉薩市城區(qū)分為城北區(qū)、城西/開發(fā)區(qū)、城南區(qū)、柳梧新區(qū)、城中老城區(qū)、城東區(qū)6個區(qū)域（圖1）。

1.2資料來源西藏全區(qū)雷暴日資料，采用西藏區(qū)內38個氣象觀測站點1981—2010年地面觀測資料。拉薩市雷暴日資料，采用拉薩市城區(qū)地面觀測點1955—2013年地面觀測資料。拉薩閃電定位儀資料，采用2010—2015年全區(qū)18個閃電定位儀監(jiān)測資料。土壤電阻率，采用2015年拉薩市城區(qū)107個測點冬/夏季實時檢測數據。雷災數據，采用西藏自治區(qū)防雷中心提供的西藏全區(qū)2001—2015年雷電災害數據。

1.3分析方法采用氣象基礎數據統(tǒng)計、ArcGIS地圖區(qū)劃分布得出拉薩市城區(qū)雷電及雷災特征分布，繪制百余個拉薩市城區(qū)土壤電阻率測試數據等值分布圖，再使用層次分析法得出拉薩市城區(qū)各區(qū)域雷災區(qū)劃，提出雷電防護對策。

2拉薩市城區(qū)雷暴天氣特征

西藏各地年雷暴日數為9～78 d，雷暴日數分布不均，跨度大，呈中部多、東西部少的分布規(guī)律（圖2）。全區(qū)平均雷暴日數為45.0 d，90°～92.5°E正是多雷暴區(qū)，年雷暴日數在70.0 d以上；東部和西部地區(qū)在20 d以下。

拉薩市3—10月份氣候溫暖而濕潤，是最適宜的旅游季節(jié)，同時也是雷電高發(fā)時段，雷災大多數集中在傍晚到第2天凌晨。拉薩市城區(qū)屬于多雷暴區(qū)，比我國同緯度的平原地區(qū)的雷暴日數多。

2.1雷暴日數年變化

從圖3可看出，1955—2013年拉薩市城區(qū)年均雷暴日數為70.5 d，1981—2010年為69.6 d，近59年雷暴日數的氣候傾向率為-0.88 d/10 a，未通過0.01顯著性檢驗，說明拉薩市城區(qū)雷暴日數變化趨勢不明顯。

2.2雷暴日數月變化

拉薩市城區(qū)雷暴日具有明顯的季節(jié)變化特征，1981—2010年拉薩市城區(qū)冬季雷暴歷年均值為0，春季和秋季分別為10.7和11.8 d，夏季雷暴日數最多，為47.0 d。拉薩市城區(qū)月雷暴日數主要在5—9月，占全年雷暴日數的95%；而11月—次年3月幾乎無雷暴出現。月雷暴日分布呈單峰型，4月份全區(qū)雷暴日數開始明顯增多，在7月份達到峰值，隨后月雷暴日數明顯下降。拉薩市全年太陽輻射強，有利于對流的發(fā)展，但在作為發(fā)生雷暴條件之一的水汽方面，拉薩與同緯度的低海拔地區(qū)相比，明顯較差。夏季，在副熱帶高壓、南亞高壓和孟加拉灣等系統(tǒng)的相互影響下，海面上的水汽輸送到青藏高原；但在冬季，影響拉薩的主要系統(tǒng)是北部的冷空氣，無暖濕氣流的來源，造成了拉薩市城區(qū)冬季無雷暴發(fā)生。

總體來說，3—4月是雷電匱乏期向雷電多發(fā)期的過渡

期，也是冬季風向夏季風轉換期，雷電活動逐步加強。這類對流天氣的產生背景多與冷空氣活動有關；5—9月是拉薩雷電活動最強盛的時期。10月，夏季風逐漸向冬季風轉換，雷電開始由多發(fā)期向匱乏期過渡，此期間雷電發(fā)生的頻次極少。主要原因是拉薩市受大陸高壓控制，天氣晴朗、氣候干燥，11月—次年3月幾乎無雷暴日出現。

2.3雷電頻次日變化

通過雷電監(jiān)測網觀測數據分析，拉薩市城區(qū)雷電活動均存在明顯的日變化。拉薩城區(qū)雷暴主要出現在14∶00—次日02∶00，占總數的94%；03∶00—13∶00僅占6%；13∶00—19∶00，隨時間增加，雷暴次數增加，到19∶00到達峰值，雷電的強盛期均出現在下午，然后再下降。這個規(guī)律符合拉薩市城區(qū)日輻射的變化規(guī)律，拉薩市城區(qū)日落時間在19∶00后，13∶00—19∶00，上午隨著太陽高度角升高，地面受陽光照射，氣溫迅速上升，低層潮濕空氣受熱產生熱對流，其不斷加強和發(fā)展大氣不穩(wěn)定能量也在逐步增加，雷暴發(fā)生的可能性也在增加。

2.4雷電頻次季節(jié)變化

拉薩市城區(qū)雷電頻次有著明顯的季節(jié)變化規(guī)律。雷電的多發(fā)期在5—9月，此期間正是汛期，雷電頻次占全年雷電頻次的88.1%；其中6月為雷電頻次最多月，雷電月平均發(fā)生5 722次，占全年總頻次的29.6%。負閃的季節(jié)分布與總閃十分相似。正閃頻次也主要分布5—9月；正閃頻次最多月為5月，平均為152次，占全年的22.4%，預示雷電轉為多發(fā)期。

2.5雷暴日數周期分析

小波分析表明（圖4），在通過顯著性檢驗的時間段內，拉薩市城區(qū)雷暴日數僅存在2～4年的周期，其中20世紀70—90年代初期周期較為顯著，90年代中期至目前周期不太明顯。

2.6歷年雷電統(tǒng)計根據拉薩市城區(qū)雷電監(jiān)測網記錄，2010—2015年城區(qū)年平均雷電總頻次為18 060條，其中負閃占90.56%，正閃占9.44%；負閃強度年平均值為-28.45 kA，正閃強度年平均值為29.30 kA，監(jiān)測到最大負閃強度發(fā)生于7月，最大正閃強度發(fā)生于6月。

2010—2015年拉薩市城區(qū)閃電分布較為均勻，在堆龍德慶縣南部、達孜縣南部、墨竹工卡縣南部分布稍多（圖5）。由閃電定位網數據（圖5）可見，負閃電占絕大多數，這主要是因為對流云中負電荷主要位于云體的下部，正電荷主要位于云體的上部，因此云的主體部分和地面之間的放電絕大多為負閃電。

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2.7雷暴方位特征

從圖6可以看出，拉薩市城區(qū)起始雷暴最多的方位來自于東南（SE）方，年均23.5次?？梢?，拉薩市城區(qū)雷暴起始的主導方位是SE方，次要方位是南（S）方和西南（SW）方；發(fā)生雷暴最少的方位是東北（NE）方，年均僅10.5次。需要說明的是，在圖6中未顯示發(fā)生在天頂的雷暴，這是因為這一方位的雷暴較少，且發(fā)生在這一方位的雷暴對雷擊風險評估和防雷工程設計不具備決定的指導意義，所以發(fā)生在該方位的雷暴予以省略。拉薩市城區(qū)雷暴終止最多的方位依然是SE方，平均1年中有24.5次雷暴發(fā)生在該方位，其次要方位是S和東（E）方；雷暴終止方位最少的是西（W）方，平均1年中有8.7次。

從歷年拉薩市城區(qū)閃電等值分布（圖7）可知，城南區(qū)、城中老城區(qū)、城東區(qū)屬于相對雷電高發(fā)區(qū)，城北、城西/開發(fā)區(qū)、柳梧新區(qū)監(jiān)測到雷電數據相對較少。

2.8不同保證率下的雷暴初、終日及雷暴持續(xù)期

經統(tǒng)計，拉薩市城區(qū)雷暴多年平均初日為4月25日，80%的保證率出現在4月26日；最早雷暴初日是3月9日（1968年），最晚雷暴初日是5月24日（1970年），兩者相差76 d。拉薩市城區(qū)雷暴多年平均終日為10月4日，80%的保證率出現在10月19日；最早雷暴終日是9月16日（1962年），最晚雷暴終日是10月31日（2001年），兩者相差45 d。

3拉薩市城區(qū)土壤電阻率分布特征

拉薩市城區(qū)多為河谷地帶，土壤為普通潮土，植被以低地草墊為主。城區(qū)面積近70 km2，根據拉薩四季變化的特征和土壤電阻率變化特點，技術人員對6個區(qū)域107個測點進行采集、分析，得出拉薩市城區(qū)土壤電阻率分布特征。夏季平均土壤電阻率為1 014.5 Ω·m，冬季平均土壤電阻率為1 234.3 Ω·m。城東區(qū)域及城南區(qū)域土壤電阻率較低，城西區(qū)域土壤電阻率偏高，柳梧新區(qū)、城中老城區(qū)及城北區(qū)域土壤電阻率最高；其中城北區(qū)域拉魯濕地土壤電阻率較低，城北奪底路至山腳下由于土壤較為干燥，土壤電阻率極高。

將采集到的數據用ArcGIS繪圖后，得到圖8。從圖8可看出，拉薩城東教育城片區(qū)土壤電阻率較低，東西走線的拉薩河畔土壤電阻率較低。

4雷電災害分析

據統(tǒng)計，2001—2015年拉薩市城區(qū)雷電災害多達292起。災害的影響范圍涉及各行各業(yè)，災害的承載體也是多種多樣。因此，分析雷災因素并對雷災規(guī)律進行分類、總結[7]，采取應對措施，盡可能減少雷電災害帶來的損失，變得十分重要。

4.1拉薩市雷災分布與特征

根據2001—2015年拉薩市雷電災害匯編數據的統(tǒng)計，因雷電災害直接造成人員傷亡近30人，直接經濟損失近千萬元。拉薩市雷電災害具有發(fā)生頻次多、范圍廣、雷暴活動期長等特點，雷擊造成郊區(qū)和空曠地區(qū)人員傷亡、城市經濟損失大，造成電力、信息系統(tǒng)癱瘓等情況較多。

由于拉薩市雷電災害調查制度還不夠健全，特別是2001年以前雷電災害調查統(tǒng)計上報的工作剛起步，有相當部分的雷電災害事故沒有及時收集；2001年以來，逐步加強了雷電災害事故的調查與統(tǒng)計上報工作，但還不能完全代表拉薩的實際雷電災情尤其經濟損失情況，現用調查得到的數據加以統(tǒng)計分析。近15年共統(tǒng)計到災情292起，其中死亡18人，傷10人，牲畜死亡287起，直接經濟損失

3 800 440元。農村雷災占搜集到的雷電災情總數的51.80%；牧區(qū)災情較少，占11.70%；城

區(qū)雷災占36.50%。

統(tǒng)計表明，拉薩市雷電災害形式主要是直接雷擊和雷電感應等間接雷擊，其中直接雷擊占65.4%，感應雷擊占32.5%，其他雷擊造成的事故僅占2.1%。由于拉薩市農牧區(qū)占較大的比例，野外作業(yè)發(fā)生雷災通常為致命的直擊雷，而拉薩市有大量的微電子設備，且現代建筑通常有防雷設施，一般為感應雷災。2001—2015年全市雷電災害事故統(tǒng)計結果顯示，雷電發(fā)生年變化規(guī)律與所造成災害相一致，5—8月是雷雨多發(fā)時期，也是雷電災害高發(fā)時期，其中2001—2008年轄區(qū)區(qū)內統(tǒng)計到較多的雷電災情，2009年后統(tǒng)計到的災情較少。

拉薩氣候干燥，雷暴天氣較多，隨著拉薩市經濟的快速發(fā)展，各種先進的電子電氣設施大量投入使用，而人們的防雷意識相對薄弱，雷電防護措施不到位，雷雨季節(jié)因雷電造成人員傷亡、設備損壞和網絡癱瘓的事故時有發(fā)生。郊區(qū)雷擊時常造成人員傷亡事故，應引起特別關注，郊區(qū)市民和打工者對防雷科學知識了解不足，防雷意識薄弱，對本地的雷電活動認識不足；住宅沒有普及安裝防雷裝置，空曠地帶沒有專設防雷設施，雷暴到來時缺少臨時躲避場所，所以往往在大樹下、簡易的棚架下，或在曠野中、田間地頭里被雷電擊中造成傷亡。

4.2拉薩市城區(qū)雷災分布與特征

統(tǒng)計2001—2015年拉薩市城區(qū)雷災事故總數（圖10）發(fā)現，城中老城區(qū)發(fā)生的雷災總數29次，排在第1位，其他依次是城南28次、城東17次、城西/開發(fā)區(qū)11次、城北7次、柳梧新區(qū)4次。雷災事故相對發(fā)生較多的地區(qū)為拉薩中部老城區(qū)及東部、南部，雷災事故相對發(fā)生較少的地區(qū)為拉薩柳梧新區(qū)與城北片區(qū)。雷災事故發(fā)生頻次還與拉薩不同地區(qū)的電子信息化程度和人口活動密度有關。

從雷電災害的總量統(tǒng)計分析，城中老城區(qū)、城南、城東雷災次數最多，占總數的77.1%，受災主要是通信和計算機系統(tǒng)及電子、電器設備的損壞，城中老城區(qū)及城南區(qū)居住著大

量的居民，普遍防雷設施較為落后或無防直擊雷設施；城南及城東區(qū)土壤電阻率較低，且東南方向為拉薩雷電

的起始方向，其受雷擊的風險相對更大。

5拉薩市城區(qū)重要場所雷電防護現狀

5.1易燃易爆場所分布狀況

座加油加汽站油庫和3座大型油庫，位于堆龍德慶縣的725油庫、中石化接卸庫及中石油接卸庫3座庫儲油量近10萬m3，是西藏境內的最大油庫。在市區(qū)內柳梧橋東北側及海關路口共8座加油加氣站同樣較為集中，這些場所一旦發(fā)生雷擊意外事故，對全市的人居安全和城市環(huán)境都會造成極大的影響，甚至危害社會穩(wěn)定。防范加油加氣站危險化學品場所遭受雷擊后的蔓延性火災風險，定期對?；穲鏊M行防雷檢測，確保?；瘓鏊姎庳炌?，避免或減少雷擊引發(fā)火災或爆炸風險。由于易燃易爆場在6個區(qū)域分布較為分散，因此，必須整體運用先進的防雷技術手段，提高庫區(qū)的雷電安全防范級別，在提高防雷裝置防雷能力的基礎上，落實崗位責任制，指定專人負責防雷安全工作，同時，建立雷電災害應急機制，定期舉行防雷演習，萬一發(fā)生雷擊事故，及時進行處置，減輕災害造成的損失。

分析2015年拉薩市城區(qū)48家易燃易爆場所2次防雷常規(guī)檢測結果可知，檢測合格率為77%。而不合格的原因主要集中在防直擊雷裝置老化、設備未接地、未安裝避雷器、接地電阻值超標等。須加強督促整改力度，提高監(jiān)測合格率。

5.2雷電災害易發(fā)區(qū)

為進一步加強雷電災害風險管理，在分析拉薩市城區(qū)雷電災害分布與強度特征的基礎上，結合拉薩市城區(qū)的?；瘓鏊?、重點場所的分布情況，考慮地形、土壤電阻率、歷史受災情況、閃電監(jiān)測分布（表1）等因素，采用層次分析法得到拉薩市城區(qū)雷電災害區(qū)域劃分，隨著下一步雷災發(fā)生情況的普查與風險評估、雷災上報制度的完善和雷電監(jiān)測數據的積累，將實現更詳細的風險區(qū)劃和動態(tài)管理。

按照地理位置，將拉薩市城區(qū)劃分為6個區(qū)域，對城區(qū)雷電災害易發(fā)區(qū)的劃分主要分析2個因素：一是雷電頻次方

位即雷電分布區(qū)域；二是歷史雷災數量。根據對拉薩市城區(qū)雷暴路徑的分析，城區(qū)東南方、南方為雷電主導區(qū)域，覆蓋了城南區(qū)、城中區(qū)、城東區(qū)，因此，這3個區(qū)域為雷電高發(fā)區(qū)。再從歷史雷災數量來看，城東區(qū)17起、城南區(qū)28起、城中區(qū)29起，3個區(qū)域雷電災害數量占拉薩市城區(qū)雷電災害總數量的77.08%。另外，拉薩市城區(qū)雷災敏感行業(yè)如加油站、加氣站等易燃易爆場所，酒店、大型商場等人員密集場所，布達拉宮、大昭寺等易遭雷電襲擊的古建筑物場所都較為集中地布設在城中、城東、城南區(qū)域。綜上所述，城中、城東、城南區(qū)域為雷電災害易發(fā)區(qū)域。同理分析得出，城北、城西/開發(fā)區(qū)雷災易發(fā)等級中等，柳梧新區(qū)雷災易發(fā)等級最低（圖12）。

6防雷措施

6.1加強雷電災害調查收集和科普宣傳工作

防雷科普宣傳工作有待加強，公眾防雷安全意識相對薄弱，雷電防護知識貧乏，需有針對性地對市民和雷電防護重點單位管理人員開展雷電發(fā)生特點、雷電防護技術、雷電防護措施等方面的科普培訓，同時，通過電視天氣預報制作防雷專題節(jié)目，利用報紙和刊物，廣泛宣傳雷電災害防御知識，增強社會整體防雷意識，避免和減少雷擊災害的發(fā)生。定期對各單位的安全管理責任人進行防雷安全知識的培訓，建立防雷安全管理制度，提高雷電防御管理水平。

6.2城市規(guī)劃時應將防雷征納入論證范疇

一是對本行政區(qū)域內的大型建設工程、重點工程、爆炸危險環(huán)境等建設項目，在規(guī)劃和建設前，應根據當地天氣氣候特點、土壤電阻率分布、雷擊密度、歷史雷暴路徑、歷史雷災和地理地質環(huán)境條件及城區(qū)雷災易發(fā)區(qū)等進行雷擊風險評估，科學評價雷擊風險程度，采取有效且經濟合理的雷電防護措施，規(guī)避雷擊風險，減少或避免雷電帶來的損失，以確保公共安全。二是對建筑物防雷工程必須整體考慮內外防雷措施，與主體工程同時設計，同時施工，同時驗收，同時投入使用，并重點考慮其規(guī)范性和可行性。

6.3加強對雷電災害形成機理的研究和預警服務技術的應用

氣象部門大力引進與開發(fā)雷電預報、預警新技術，完善雷電天氣預報和雷電災害預警業(yè)務，逐步探索雷電精細化預報預警技術，在雷電預警信號發(fā)布的基礎上，加強雷電預警預報服務，實現雷電臨近監(jiān)測預警產品及時發(fā)布，更好地為廣大社會公眾提供優(yōu)質的服務產品。

6.4加強重點場所防雷裝置建設與預警服務

對強雷電密度區(qū)及拉薩市城區(qū)雷災易發(fā)區(qū)域，要特別加強雷電監(jiān)測和評估。對特殊地段和?；瘓鏊⒁兹家妆瑘鏊?、公共活動場所、人流密集地區(qū)等重要區(qū)域和行業(yè)進行雷電預警系統(tǒng)建設，為雷電災害敏感行業(yè)與人群提供針對性的雷電服務。

6.5加大危險品倉儲行業(yè)的雷電防御，保護人居環(huán)境，保障國家安全和社會穩(wěn)定

從拉薩市的危險品場所現狀分布來看，柳梧橋北測及海關周圍加油加氣站較為集中，個別加油站與學校僅于一墻之隔。應加大對易燃易爆場所的防雷安全檢查、檢測、宣傳和選址工作，將防雷安全隱患降到最低。

參考文獻

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羅骕翾，許永彬.西藏自治區(qū)雷暴時空分布特征[J].安徽農業(yè)科學，2015，43（23）：173-176，240.