1995—2020年青海省雷電災(zāi)害時(shí)空分布及其災(zāi)害特征分析*

蔡永祥，羅少輝，唐文婷，劉曉燕，王 軍，王治邦

(青海省氣象災(zāi)害防御技術(shù)中心，青海 西寧 810001)

雷電是自然界中破壞力很強(qiáng)瞬間的放電現(xiàn)象，可造成森林草場(chǎng)火災(zāi)等破壞，被聯(lián)合國(guó)列為“最嚴(yán)重的十種自然災(zāi)害之一”[1]。雷電災(zāi)害也會(huì)造成供電和通訊系統(tǒng)損壞或故障，威脅計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)或重要且敏感的高科技裝備，因此也被國(guó)際電工委員會(huì)稱為“電子化時(shí)代的一大公害”[2]。作為十大自然災(zāi)害之一，雷電災(zāi)害的危險(xiǎn)程度僅次于氣象地質(zhì)災(zāi)害和暴雨洪澇災(zāi)害，因此對(duì)雷電時(shí)空分布的研究尤為重要[3]。

近年來(lái)，針對(duì)雷電災(zāi)害的時(shí)空分布特征，國(guó)內(nèi)學(xué)者開展了大量的研究。田德寶利用2012—2017年全國(guó)雷電災(zāi)害統(tǒng)計(jì)資料，分析表明，6—9月是全國(guó)雷電災(zāi)害事故的高發(fā)期，占全國(guó)雷電災(zāi)害總數(shù)的60%，且雷電災(zāi)害所造成的年平均經(jīng)濟(jì)損失超過9 600萬(wàn)元[4]。同時(shí)，國(guó)內(nèi)不同區(qū)域也開展了相關(guān)研究，如在中國(guó)北方地區(qū)，劉曉東利用內(nèi)蒙古2013—2014年的雷電災(zāi)害統(tǒng)計(jì)資料，分析了內(nèi)蒙古境內(nèi)，不同區(qū)域的雷電災(zāi)害發(fā)生強(qiáng)度，東部地區(qū)的地閃密度最大，同時(shí)指出雷電引起的火災(zāi)或爆炸事故占4%[5]。袁湘玲對(duì)黑龍江的雷電災(zāi)害潛在與現(xiàn)實(shí)易損性分析及區(qū)劃研究進(jìn)行了分析[6]。周筠珺對(duì)京、津、冀地區(qū)地閃特征的統(tǒng)計(jì)分析[7]。在中國(guó)南方地區(qū)，如王義耕分析了2006—2010年廣西雷電災(zāi)害特征[8]，黎梓華進(jìn)行了桂林市雷電災(zāi)害及風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃研究[9]。楊鵬武利用云南省2008年雷電定位網(wǎng)監(jiān)測(cè)的地閃數(shù)據(jù)和雷電資料，研究表明，2008年云南雷電活動(dòng)頻繁且持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，滇中和滇西南的雷電災(zāi)害事故和雷災(zāi)造成人員傷亡人數(shù)最多而滇西北最少[10]。目前，關(guān)于青藏高原的雷電災(zāi)害特征研究，主要集中西藏。如許永彬利用1955—2015年的地面觀測(cè)數(shù)據(jù)，研究表明拉薩市的雷暴日主要在5—9月，呈現(xiàn)單峰分布，且具有發(fā)生頻率高，范圍廣，雷暴活動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)的特征[11]。多吉次仁通過分析1998—2018年的數(shù)據(jù)資料，分析表明，因雷擊造成人員或牲畜傷亡、家用電器和房屋損毀等均集中發(fā)生在農(nóng)牧區(qū)，城鎮(zhèn)相對(duì)較少[3]。黃濤利用2006—2010年的閃電觀測(cè)資料，研究表明，地處青藏高原邊緣的臨夏回族自治州的地閃密度高于全國(guó)的平均密度[12]。而趙陽(yáng)的研究表明青藏高原的那曲地區(qū)的地閃發(fā)生頻率顯著偏少，低于全國(guó)平均水平[13]。這表明，青藏高原不同區(qū)域的地閃頻率存在顯著差異，可能是因?yàn)槔纂姙?zāi)害的頻繁程度并不完全取決于雷電活動(dòng)分布，同時(shí)，也可能受到人口密度和經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r等更多的因素的影響[10]，這進(jìn)一步體現(xiàn)了對(duì)雷電災(zāi)害進(jìn)行區(qū)域研究的重要性。而目前關(guān)于青海省雷電災(zāi)害特征尚不清楚，因此有必要開展青海省雷電災(zāi)害時(shí)空分布及其災(zāi)害特征分析的研究。

在全球氣候變暖的背景下，中國(guó)近百年來(lái)氣溫也上升了0.4～0.5℃，青藏高原的氣候也在發(fā)生深刻的變化[14]。已有研究表明，青藏高原的年均溫度以每年0.05℃的速率增加，年均降水量則以10.2 mm/10a的速度波動(dòng)上升[15]。隨著青藏高原“暖濕化”的氣候變化，西藏自治州地區(qū)的極端氣候事件頻發(fā)，所導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)損失也愈發(fā)嚴(yán)重[11]。在此背景下，開展青海省雷電災(zāi)害時(shí)空分布格局及其特征研究，對(duì)該區(qū)域的氣象災(zāi)害預(yù)警和區(qū)域防災(zāi)減災(zāi)等具有重要的意義。本文通過青海省雷電災(zāi)害發(fā)生的時(shí)間、落區(qū)和受災(zāi)程度，研究雷電災(zāi)害時(shí)空分布特征，詳細(xì)估算了雷電災(zāi)害所造成的損失和特征，旨在對(duì)青海省的雷電防御工作提供數(shù)據(jù)支撐，為高海拔區(qū)域的防雷工作提供借鑒。

1 數(shù)據(jù)來(lái)源

1995—2020年青海省雷電災(zāi)害數(shù)據(jù)由中國(guó)氣象局雷電災(zāi)害管理系統(tǒng)獲取，資料包括雷電災(zāi)害時(shí)間、落區(qū)、受災(zāi)程度和受損情況。

2 雷電災(zāi)害時(shí)空分布特征

2.1 雷電災(zāi)害的年際動(dòng)態(tài)

已有統(tǒng)計(jì)顯示，1995—2020年，青海省份共發(fā)生雷電事故300次，平均12次/a(圖1)。整體而言，1995—2020年期間，青海省雷電災(zāi)害次數(shù)呈現(xiàn)先增加的趨勢(shì)，在2006年的時(shí)候達(dá)到最大值為42次，占災(zāi)害總數(shù)的14%。2003年次之，雷電災(zāi)害事故為37起，占災(zāi)害總數(shù)的12%。2007—2015年期間，雷電災(zāi)害的發(fā)生呈現(xiàn)降低趨勢(shì)；2016—2020年雷電災(zāi)害的發(fā)生呈現(xiàn)平穩(wěn)略有上升的趨勢(shì)。

圖1 青海省雷電災(zāi)害的年際變化

2.2 雷電災(zāi)害的月份分布

已有統(tǒng)計(jì)顯示，青海省雷電災(zāi)害存在明顯的季節(jié)性變化，呈現(xiàn)正態(tài)分布。圖2表明,夏天是雷電災(zāi)害頻發(fā)的季節(jié)，共發(fā)生211起，占整個(gè)雷電災(zāi)害事件的68%。7月份是雷電災(zāi)害發(fā)生頻率最高，災(zāi)害共計(jì)88起，占夏季雷電災(zāi)害總數(shù)的42%，占整個(gè)雷電災(zāi)害事件的29%。春季發(fā)生的雷電災(zāi)害次數(shù)次之為52起，占整個(gè)雷電災(zāi)害事件的17%。秋季雷電災(zāi)害較少為34起，僅占雷電災(zāi)害事件的11%。在冬季，未監(jiān)測(cè)到雷電災(zāi)害的發(fā)生。

圖2 1995—2020年青海省雷電災(zāi)害月份分布

2.3 雷電災(zāi)害空間特征

以縣為單位，分析青海省雷電災(zāi)害的空間分布。如表1顯示,青海省東部地區(qū)大于西部地區(qū)的雷電災(zāi)害的發(fā)生頻率，南方地區(qū)大于北方地區(qū)的雷電災(zāi)害發(fā)生頻率。在1995—2020年期間，發(fā)生頻率較高的地區(qū)有西寧市市轄區(qū)、大通縣、河南縣、湟中縣等區(qū)域，分別為27次，22次，16次，15次。

表1 1995—2020年青海省雷電災(zāi)害發(fā)生頻率較高的地區(qū)

以市或州單位，分析青海省雷電災(zāi)害的空間分布。如圖3顯示,在1995—2020年期間，青海省發(fā)生雷電災(zāi)害最多的區(qū)域?yàn)槲鲗幨校嫌?jì)76次；其次是玉樹藏族自治州和海東市分別為48次和43次；再次為果洛藏族自治州、黃南藏族自治州和海北藏族自治州分別為32次、31次和27次；最少的區(qū)域?yàn)楹Ｄ喜刈遄灾沃莺秃Ｎ髅晒抛遄灾沃莘謩e為23次和20次。

3 青海省雷電災(zāi)害造成傷亡統(tǒng)計(jì)

3.1 雷電災(zāi)害造成的人員傷亡

1995—2020年間，雷電災(zāi)害造成青海省人員傷亡人數(shù)為282人，平均為10.85人/年。其中傷亡人數(shù)最多的年份為2016年，人數(shù)為33人，占總傷亡人數(shù)的11.70%。其次是2004年，2020年，2005年和2006年，分別為32人，31人，23人和23人，占傷亡人數(shù)的11.35%，10.99%，8.61%和8.61%(表2)。

表2 1995—2020年青海省雷電災(zāi)害造成傷亡人數(shù)統(tǒng)計(jì)表

3.2 雷電災(zāi)害的損失分析

1995—2020年間，青海省雷電災(zāi)害在辦公設(shè)備，廣電、電力系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)和住宅等方面也造成了損失。如圖4顯示，辦公設(shè)備是損失比重最大，占到30%，其次在電力系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、住宅和廣電所造成的損失分別為15%，13%，12%和9%。此外，其他行業(yè)約占21%，主要包括交通、教育、林業(yè)、旅游、石化、衛(wèi)生等行業(yè)。在眾多的損失中，精密且敏感的儀器設(shè)備是雷電災(zāi)害造成損失的重要組成部分。

圖4 1995—2020年青海省雷電災(zāi)害分布圖

3.3 雷電災(zāi)害造成的經(jīng)濟(jì)損失

從1995—2020年，青海省雷電災(zāi)害造成的經(jīng)濟(jì)損失達(dá)1 247.12萬(wàn)元，平均為47.97萬(wàn)元/a。2004年的經(jīng)濟(jì)損失最嚴(yán)重，高達(dá)157.73萬(wàn)元，其次是2017年、2014年和2019年，分別為121.00萬(wàn)元、109.72萬(wàn)元和104.63萬(wàn)元(表3)。

表3 1995—2020年青海省雷電災(zāi)害造成的經(jīng)濟(jì)損失

4 討論與結(jié)論

(1)1995—2020年，青海省累計(jì)發(fā)生了300起雷電災(zāi)害事故，平均為12次/a起。整體而言，1995—2006年期間，青海省雷電災(zāi)害的發(fā)生呈現(xiàn)增加趨勢(shì)；2007—2015年期間，雷電災(zāi)害的發(fā)生呈現(xiàn)降低趨勢(shì)；2016—2020年雷電災(zāi)害的發(fā)生呈現(xiàn)平穩(wěn)且略有上升的趨勢(shì)。2007—2015年，青海省雷電災(zāi)害呈現(xiàn)下降趨勢(shì)的原因可能是，隨著對(duì)雷電災(zāi)害的重視，逐漸安裝防雷設(shè)備，進(jìn)而降低了雷電災(zāi)害。而2016—2020年，青海省雷電災(zāi)害呈現(xiàn)平穩(wěn)且略有上升的趨勢(shì)，可能的原因是，隨著青海省植物造林以及生態(tài)恢復(fù)工程的持續(xù)推進(jìn)，青海省的降水量明顯增加，促進(jìn)了雷電災(zāi)害的發(fā)生。盡管相較于1995—2006，2007—2015的雷電災(zāi)害有所下降，但是2016—2020年，青海省雷電災(zāi)害又呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)，因此仍需加強(qiáng)青海省的防雷減災(zāi)工作。

(2)以縣為單位分析，青海省雷電災(zāi)害的空間分布特征為東部的發(fā)生頻率大于西部的發(fā)生頻率，如東部西寧市的發(fā)生頻率最高為76次；南部的發(fā)生頻率大于北部的發(fā)生頻率，如玉樹藏族自治州的發(fā)生頻率次之為48次，此外該區(qū)域容易亦容易受到地震等自然災(zāi)害的影響，因此該區(qū)域?yàn)槔纂姙?zāi)害防范的重點(diǎn)區(qū)域。相比較而言，青海省的東北部的雷電災(zāi)害發(fā)生最為頻率的地區(qū)，可能是因?yàn)榍嗖馗咴臇|北部同時(shí)受到東南季風(fēng)，高原季風(fēng)和西風(fēng)的共同作用，使得降雨天氣頻發(fā)，促進(jìn)了雷電災(zāi)害的發(fā)生[12]。青海省的南部區(qū)域主要為三江源自然保護(hù)區(qū)，北部為柴達(dá)木盆地。南部三江源地區(qū)降水量約為445 mm，平均海拔高于北方，地形復(fù)雜，對(duì)流旺盛，尤其在夏秋季節(jié)更易于形成區(qū)域性的小尺度強(qiáng)對(duì)流天氣[16]，雷電災(zāi)害天氣較多。而柴達(dá)木盆地多為荒漠地區(qū)，降水量小于蒸發(fā)量，降水量約為111.11 mm，氣候以干旱為主，缺乏水汽的輸送，不利于強(qiáng)對(duì)流天氣的形成，雷電災(zāi)害天氣較少[17]。

(3)青海省雷電災(zāi)害的發(fā)生存在明顯的季節(jié)性變化。夏天是雷電災(zāi)害頻發(fā)的季節(jié)，災(zāi)害占整個(gè)雷電災(zāi)害事件的68%；春季和秋季分別占整個(gè)雷電災(zāi)害事件的17%和11%，甚至未在冬季觀測(cè)到雷電災(zāi)害的發(fā)生。青海省雷電災(zāi)害以7月份最為嚴(yán)重，雷電災(zāi)害發(fā)生的季節(jié)性規(guī)律可能是因?yàn)樵谙募绢l繁發(fā)生的強(qiáng)對(duì)流天氣，進(jìn)而激發(fā)了雷電過程，使得青藏高原的雷電災(zāi)害在夏季頻發(fā)[12]。不同于青海省，云南省則以8月份最為嚴(yán)重[18]，而南寧市雷電災(zāi)害以6月份最為嚴(yán)重[19]。這說明，雷電災(zāi)害的發(fā)生存在一定的地域性，針對(duì)青海省的雷電特征，應(yīng)將防災(zāi)的重點(diǎn)時(shí)期放在夏季，尤其在7月份。

(4)青海省雷電災(zāi)害的發(fā)生存在明顯的空間變化。在1995—2020年期間，青海省發(fā)生雷電災(zāi)害最多的區(qū)域?yàn)槲鲗幨?，合?jì)76次；其次是玉樹藏族自治州和海東市分別為48次和43次；再次為果洛藏族自治州、黃南藏族自治州和海北藏族自治州分別為32次、31次和27次；最少的區(qū)域?yàn)楹Ｄ喜刈遄灾沃莺秃Ｎ髅晒抛遄灾沃莘謩e為23次和20次。因此，在空間上，空間的重點(diǎn)防范區(qū)域?yàn)槲鲗幨?，海東，玉樹等地區(qū)。

(5)最近26 a，青海省雷電災(zāi)害導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)損失達(dá)1 247.12萬(wàn)元，平均為47.97萬(wàn)元/a。同時(shí)，雷電災(zāi)害造成青海省人員傷亡人數(shù)為282人，平均為10.85人/a。在青海省辦公設(shè)備，廣電、電力系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)和住宅等方面均造成了損失，其中，精密且敏感的儀器設(shè)備是雷電災(zāi)害造成損失的重要組成部分。該研究結(jié)果與內(nèi)蒙古區(qū)域的雷電災(zāi)害不同，內(nèi)蒙古的受損主要以家用電子電器設(shè)備受損為主[5]，這體現(xiàn)出雷電災(zāi)害特征的發(fā)生具有一定的區(qū)域性。因此，針對(duì)青海省的雷電特征，有必要積極開展對(duì)應(yīng)的措施。在農(nóng)村，防雷工作形勢(shì)嚴(yán)峻，一方面可通過開展科普宣傳工作，增加人民的防范意識(shí)，盡量規(guī)避雷電災(zāi)害，尤其青海省6月和7月是采挖蟲草季節(jié)，本時(shí)段又是雷電災(zāi)害的高發(fā)時(shí)段且主要人員傷亡是戶外。因此，該時(shí)段更要充分做好防雷工作，在雷電天氣盡量避免采挖蟲草等戶外工作；另一方面可增加科技設(shè)備的投入，因地安裝防雷設(shè)備，增加雷區(qū)天氣的安全性，切實(shí)保護(hù)人民的生命和財(cái)產(chǎn)安全。青海有大量的牧區(qū)，而野外缺少防護(hù)雷電災(zāi)害的基礎(chǔ)設(shè)施。因此有必要加強(qiáng)雷電設(shè)施的建設(shè)，尤其是在薄弱環(huán)節(jié)的牧區(qū)。在城鎮(zhèn)，防雷工作亦不能忽視，首先需要定期檢查已有的防雷設(shè)備，使其切實(shí)發(fā)揮作用，尤其是重點(diǎn)場(chǎng)所的防雷裝置的檢查；其次，增設(shè)新的防雷設(shè)備，避免對(duì)敏感儀器在雷電災(zāi)害中再受干擾，提高防雷裝置的預(yù)警服務(wù)；再次，針對(duì)不同的部門或設(shè)備的線路進(jìn)行合理改造，科學(xué)規(guī)劃電路，使設(shè)備能夠安全平穩(wěn)地運(yùn)行。此外，加大危險(xiǎn)品的防雷預(yù)警，保障人居環(huán)境、社會(huì)穩(wěn)定和國(guó)家安全。