佛山市雷電災(zāi)害傷亡與風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃分析

曾瑛，顧伯輝，萬(wàn)婧，殷啟元，陳景榮，王玉珍

（1.佛山市氣象局，廣東佛山 528000；2.佛山市三水區(qū)氣象局，廣東三水 528100；3.廣東省安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)研究院，廣東廣州 510640；4.廣東省氣象公共安全技術(shù)支持中心，廣東廣州 510640）

雷電對(duì)人類社會(huì)的威脅在日益加大，其災(zāi)害已經(jīng)被聯(lián)合國(guó)有關(guān)部門(mén)列為“最嚴(yán)重的十種自然災(zāi)害之一”。雷電造成的人員傷亡仍然是氣象災(zāi)害中的最嚴(yán)重的災(zāi)害之一，每年全球有6 000至24 000人因雷電喪生，受傷人數(shù)則是其10倍［1］。在我國(guó)，馬明等［2］分析了1997—2009年的雷電災(zāi)害情況，雷電造成的傷亡是僅次于暴雨洪澇、氣象地質(zhì)災(zāi)害的第3大氣象災(zāi)害，多出現(xiàn)在東部沿海地區(qū)和南部地區(qū)，以廣東最為突出。雷災(zāi)人員傷亡涉及到區(qū)域氣候、地形、地質(zhì)地貌等自然因素，以及人員、經(jīng)濟(jì)、城市發(fā)展等社會(huì)因素，殷啟元等［3］指出廣東省雷災(zāi)傷亡有42.56%的事件是發(fā)生在與農(nóng)業(yè)密切相關(guān)的環(huán)境。

為了更好的建立災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)防控機(jī)制，為防災(zāi)減災(zāi)決策、制定氣象災(zāi)害防御制度提供重要參考，許多地區(qū)紛紛開(kāi)展雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃，該技術(shù)核心在于構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和賦予權(quán)重。權(quán)重的賦予有主觀和客觀兩種方法。國(guó)內(nèi)已經(jīng)有利用層次分析［4］、聚類分析［5］、模糊評(píng)價(jià)［6］、熵值法［7］等方法進(jìn)行雷災(zāi)易損性區(qū)劃、雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃研究。佛山市地處廣東省中部、珠三角腹地，歷年廣東省內(nèi)雷電活動(dòng)最頻繁多出現(xiàn)在佛山市，這與廣東省氣候特征相關(guān)［8-10］，為了更好了解佛山市與雷電有關(guān)的傷亡情況，找到防雷減災(zāi)的主要方向，有助于決策者制定更好應(yīng)對(duì)雷電災(zāi)害的安全策略，更好地推動(dòng)鄉(xiāng)村振興發(fā)展。本研究從廣東省雷災(zāi)傷亡、雷電活動(dòng)特征、雷災(zāi)傷亡、雷電風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃特征等方面開(kāi)展分析。

1 資料來(lái)源與方法

1.1 資料來(lái)源

廣東省雷災(zāi)資料取自廣東省1995—2018年雷電災(zāi)害匯編，該資料按照規(guī)范記錄了每個(gè)雷災(zāi)事件較為詳細(xì)的信息，全國(guó)范圍內(nèi)比較為齊全完整。本研究所用的閃電定位資料來(lái)自廣東省電力雷電定位系統(tǒng)（Guangdong Lightning Location System，LLS），共有16個(gè)探測(cè)站，地閃探測(cè)效率約為93%、回?fù)舻奶綔y(cè)效率約為42%、定位精度的平均定位誤差約為760 m［11］。

1.2 研究方法

1）熵值法。

熵值法是用來(lái)判斷某個(gè)指標(biāo)的離散程度的數(shù)學(xué)方法，離散程度越大，對(duì)該指標(biāo)對(duì)綜合評(píng)價(jià)的影響越大［7］。它是一種定量的客觀的評(píng)價(jià)方法，根據(jù)指標(biāo)變異程度大小決定指標(biāo)權(quán)重，是一種科學(xué)的災(zāi)情評(píng)價(jià)方法。通過(guò)對(duì)指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，計(jì)算差異系數(shù)為各項(xiàng)指標(biāo)賦予權(quán)值，最后計(jì)算綜合得分。

2）主成分分析。

主成分分析法是一種數(shù)學(xué)變換方法，主要是通過(guò)正交變換將一組可能存在相關(guān)性的變量轉(zhuǎn)換為一組線性不相關(guān)的變量，轉(zhuǎn)換后的這組變量叫主成分，是一種降維方法，也是穩(wěn)定性評(píng)價(jià)、安全評(píng)價(jià)、災(zāi)害評(píng)價(jià)等領(lǐng)域中的重要研究方法之一［6］。

3）層次分析。

層次分析法是一種層次權(quán)重決策分析方法，指將一個(gè)復(fù)雜的多目標(biāo)決策問(wèn)題作為一個(gè)系統(tǒng)，再進(jìn)一步將目標(biāo)分解為多個(gè)目標(biāo)或準(zhǔn)則的幾個(gè)層次，最后通過(guò)加權(quán)和的方法遞階歸并得到各個(gè)方案對(duì)于總目標(biāo)的權(quán)重［4］。

2 廣東省雷災(zāi)傷亡情況

統(tǒng)計(jì)可知，1995—2018年廣東省共有1 090起雷災(zāi)人員傷亡事件，其中因雷電引起的傷亡總數(shù)1 976人，死亡人數(shù)約是受傷人數(shù)的1.26倍，而全國(guó)的比例為1.15倍。

由廣東省部分地市雷電災(zāi)害傷亡情況（表略）可知，佛山市雷災(zāi)死亡和事故數(shù)在全省排名都是第6名。考慮人口權(quán)重時(shí)，1995—2018年全省的每百萬(wàn)人口年平均雷災(zāi)死亡率和雷災(zāi)事故率均為0.44人，高于全國(guó)，與歐洲一些國(guó)家的水平相當(dāng)［12］，而略低于周邊幾個(gè)東南亞發(fā)展中國(guó)家［13-14］。另外，雷災(zāi)死亡率依然符合從人口較多的地區(qū)向人口較少地區(qū)轉(zhuǎn)移［3］，佛山市情況卻是從全省第6跳躍到第2，省內(nèi)雷災(zāi)死亡率有些還高于絕大多數(shù)發(fā)展中國(guó)家水平，與發(fā)展較為緩慢的非洲部分國(guó)家相當(dāng)［15］。

3 佛山市雷電活動(dòng)特征

1）年和月變化。

廣東地區(qū)處于中緯度地區(qū)，夏季閃電活動(dòng)頻繁。統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)廣東地區(qū)閃電活動(dòng)年變化呈現(xiàn)出弱雙峰結(jié)構(gòu)，分別位于5和8月，這與中國(guó)大陸的情況相似，從4月開(kāi)始快速增加，5到9月較強(qiáng)烈，7和8月雷電活動(dòng)最為活躍，然后在9月迅速減少，1月降到最少。其中，在夏季（6、7、8月）保持高值，在11、12、1、2月為低值。統(tǒng)計(jì)可知，2016—2020年佛山市共監(jiān)測(cè)到閃電數(shù)據(jù)52萬(wàn)次，平均地閃密度為20次／（km2·年），平均雷電流約13.2 kA。從佛山市雷擊逐月變化（圖1）可發(fā)現(xiàn)，近5年的佛山市的雷電活動(dòng)與全省略有不同，雖然都是集中在4—9月份，但是7月處于低值。這可能因近5年佛山市7月份受較大天氣系統(tǒng)影響，造成閃電頻次偏低［16-18］。

圖1 佛山市雷電相對(duì)頻次和雷災(zāi)傷亡逐月分布

2）日變化。

廣東雷電活動(dòng)日變化主要集中在12：00—18：00（北京時(shí)，下同），占全天的60%，這與北半球夏季的2／3的閃電發(fā)生在這個(gè)時(shí)間段內(nèi)的統(tǒng)計(jì)一致，典型的閃電晝夜模式。主要是因?yàn)橐惶熘?，日出到中午的太?yáng)照射使得地面加熱迅速升溫，導(dǎo)致溫度垂直不穩(wěn)定，持續(xù)的閃電可能發(fā)生在白天的暴風(fēng)雨結(jié)束時(shí)，并持續(xù)到日落之后的傍晚，雷雨在天黑后消散。圖2為2016—2020年佛山市雷電相對(duì)頻次和1995—2018年佛山市35起雷災(zāi)傷亡日變化圖。從圖2可發(fā)現(xiàn)，佛山市雷電日變化與全省變化略有不同。佛山市日變化有較為明顯的雙波峰，包括凌晨02：00—06：00和12：00—21：00。

圖2 2016—2020年佛山市雷電相對(duì)頻次和雷災(zāi)傷亡日變化

4 佛山市雷電災(zāi)害傷亡特征

4.1 年變化

從圖1可以看出，佛山市56起雷災(zāi)傷亡高峰集中在5—9月，傷亡人數(shù)最多是在7月。廣東農(nóng)忙主要集中在5—8月，勞動(dòng)密集型的農(nóng)業(yè)活動(dòng)與頻繁的雷擊在時(shí)空上重合，會(huì)形成雷災(zāi)傷亡的高發(fā)期。5—9月是中國(guó)南方地區(qū)兩季稻季節(jié)，尤其在7月份進(jìn)行“雙搶”時(shí)，大量農(nóng)民暴露在戶外雷電環(huán)境時(shí)間較長(zhǎng)，造成雷擊傷亡的機(jī)會(huì)增加。

4.2 日變化

從圖2可以看出，佛山市35起雷災(zāi)傷亡主要是在12：00—19：00，這個(gè)時(shí)間段屬于戶外活動(dòng)的集中期，易導(dǎo)致雷災(zāi)傷亡事故，這種現(xiàn)象基本與以農(nóng)牧業(yè)為主的發(fā)展中國(guó)家相同。

4.3 年齡與性別

1995—2018年佛山市共有28起雷災(zāi)傷亡事故，其性別和年齡的分布特征見(jiàn)圖3（按照國(guó)際年齡標(biāo)準(zhǔn)劃分）。

圖3 佛山市雷災(zāi)傷亡人員性別和年齡分布

由圖3顯示雷災(zāi)傷亡男女之間的分布差距很大，男性是女性的2.5倍，說(shuō)明男性更愛(ài)冒險(xiǎn)，暴露在雷電危險(xiǎn)環(huán)境下更多，而女性則有更多可能躲到安全地帶避雨。其中尤以25～64歲的壯年傷亡最多，該年齡段是主要的勞動(dòng)人群，并且對(duì)于發(fā)展中國(guó)家來(lái)說(shuō)這個(gè)年齡段暴露度較高，雷電的影響較為普遍，這與以勞動(dòng)密集型農(nóng)業(yè)的印度和孟加拉國(guó)研究結(jié)果相似。

5 佛山市雷電風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃特征

本研究選取佛山市地閃密度、雷電流、GDP、人口密度、經(jīng)濟(jì)損失和人身傷亡6種評(píng)價(jià)指標(biāo)，通過(guò)熵值法和主成分分析法，引入斯皮爾曼相關(guān)系數(shù)，確定各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)，根據(jù)PSR模型進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 雷電風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃選取指標(biāo)權(quán)重計(jì)算結(jié)果

最終獲得佛山市雷電風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃定量特征，分為低、次低、中等、次高和高風(fēng)險(xiǎn)5級(jí)，如圖4所示。中等以上風(fēng)險(xiǎn)主要集中在佛山市北面的三水、南海以及禪城一部分，其中高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)集中在南海中心地帶，這些區(qū)域內(nèi)雷電高影響人員和行業(yè)應(yīng)提高重視，政府相關(guān)政策制定應(yīng)有傾斜。

圖4 佛山市雷電風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃特征

6 結(jié)論

1）通過(guò)對(duì)1995—2018年廣東省1 090起雷災(zāi)傷亡情況，其中因雷電引起的傷亡總數(shù)為1 976人，死亡人數(shù)約是受傷人數(shù)的1.26倍，考慮人口權(quán)重后，佛山市雷災(zāi)傷亡數(shù)量排名第6躍居到雷災(zāi)傷亡率排名第2。2016—2020年的佛山市的雷電活動(dòng)集中在4—9月，其中7月處于低值，并且日變化有較為明顯的雙波峰：02：00—06：00和12：00—21：00。

2）佛山市56起雷災(zāi)傷亡集中在5—9月，其中最多是在7月；35起雷災(zāi)人員傷亡主要是發(fā)生在12：00—19：00，這些特征與農(nóng)業(yè)農(nóng)村生產(chǎn)生活方式和工作居住環(huán)境密切相關(guān)。佛山市28起包含性別和年齡的雷災(zāi)傷亡事件統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)男性是女性的2.5倍，其中傷亡年齡段主要集中在25～64歲的壯年，該年齡段是主要的農(nóng)業(yè)農(nóng)村勞動(dòng)人群。

3）選取佛山市地閃密度、雷電流強(qiáng)度、GDP、人口密度、經(jīng)濟(jì)損失和人身傷亡6種評(píng)價(jià)指標(biāo)，開(kāi)展雷電風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃特征分析，發(fā)現(xiàn)，佛山市雷電風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃中等以上風(fēng)險(xiǎn)主要集中在三水、南海以及禪城一部分，其中高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)集中在南海中心地帶。