淺談青海等高海拔地區(qū)的防雷電工作

石榮山

青海省河南蒙古族自治縣氣象局，青海河南 811500

根據(jù)人造衛(wèi)星統(tǒng)計(jì)的雷閃數(shù)據(jù)，全球平均每秒發(fā)生的閃電有40～50次，全年總共發(fā)生閃電次數(shù)為10億次左右，其中有1/4的閃電是云地之間的放電方式。

青海省等高海拔地區(qū)經(jīng)常發(fā)生雷電襲擊的事故，給人民生命和財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)極大的威脅，如2000—2021年，青海省玉樹藏族自治州蟲草采挖期累計(jì)發(fā)生雷電災(zāi)害事故47起，年均2.1起，其中2020年雷電災(zāi)害發(fā)生次數(shù)和人員傷亡均為2000年以來(lái)最多，且2000年以來(lái)雷電災(zāi)害均發(fā)生在15:00～20:00。雷電災(zāi)害傷亡人員主要集中在農(nóng)村或牧區(qū)等空曠地帶或無(wú)防雷設(shè)施保護(hù)的建構(gòu)筑物內(nèi)，蟲草采挖期正值高海拔牧區(qū)雷電高發(fā)期，雷擊造成人員傷亡的主要原因是廣大牧民群眾缺乏防雷知識(shí)，雷雨來(lái)臨時(shí)的第一反應(yīng)只是避雨，忽略了雷擊災(zāi)害隱患，自我防護(hù)意識(shí)淡薄，加之牧區(qū)野外空曠幾乎沒(méi)有防雷的基礎(chǔ)設(shè)施，從而造成不同程度的雷擊事故。因此，氣象部門做好防雷知識(shí)的宣傳與普及工作就顯得尤為重要。下面就雷電產(chǎn)生的原理、高海拔地區(qū)雷電災(zāi)害事故預(yù)防、遭遇雷電搶救事項(xiàng)等方面進(jìn)行探究。

1 雷電的概述

1.1 雷電產(chǎn)生的原因

雷電產(chǎn)生前是冷熱空氣的強(qiáng)對(duì)流的一個(gè)過(guò)程。對(duì)流云團(tuán)實(shí)際是由大量的水顆粒構(gòu)成，這些小雨滴顆粒上下、前后、左右往復(fù)機(jī)械運(yùn)動(dòng)、相互摩擦。在此過(guò)程中，失去電子的云團(tuán)帶正電，得到電子的云團(tuán)帶負(fù)電[1]。這樣一來(lái)，無(wú)數(shù)的云團(tuán)由普通的云團(tuán)轉(zhuǎn)變?yōu)閹Т罅侩姾傻脑茍F(tuán)。而云團(tuán)中的正電荷一般會(huì)聚在云團(tuán)的上部，負(fù)電荷在云團(tuán)的下部，這就形成了很多個(gè)“空中云層電池”，上部與下部之間產(chǎn)生很大的電位差，即形成了千萬(wàn)伏的電壓。隨著天氣對(duì)流強(qiáng)度的增加，云層間的互相摩擦更加劇烈，電荷數(shù)在短時(shí)間內(nèi)急速增加，上下云層間的電壓不斷增大，當(dāng)上下云層電壓達(dá)到一個(gè)放電臨界值時(shí)，潮濕的空氣就會(huì)被高電壓擊穿，產(chǎn)生一道電弧放電通道（圖1）。瞬間大量的電荷在這一通道流過(guò)，此時(shí)電能轉(zhuǎn)化成很大的光能，從而形成了一道閃電。同時(shí)，通道周圍大氣溫度劇增，使得部分水氣體積急劇膨脹爆炸，產(chǎn)生強(qiáng)烈的聲波，這就是雷聲產(chǎn)生的原因。

圖1 高壓電擊穿潮濕空氣產(chǎn)生的電弧放電通道

1.2 雷電放電的方式

雷電放電的方式有多種，有的往往在云團(tuán)之內(nèi)發(fā)生放電，有的是在云團(tuán)與云團(tuán)之間放電。當(dāng)云團(tuán)與地面的距離較小時(shí)，就會(huì)發(fā)生云地之間的放電方式。對(duì)人類危害最大的放電方式就是這種云地之間的放電方式。從物理學(xué)角度分析電流往往選擇電阻最小的通道流過(guò)。而金屬、水、潮濕的非金屬、潮濕的動(dòng)植物體等都是導(dǎo)體，雷電的電壓比較高。根據(jù)歐姆定律，同一個(gè)導(dǎo)體，電阻值一定，電壓越高時(shí)，電流就越大。雷電的電壓越高，對(duì)觸及的物體的電流就越大，損害程度也相應(yīng)就大。

雷電的威力極大，其對(duì)地放電往往是選擇大氣中電阻最小的一條路徑。例如，原野里的一棵高大的樹或潮濕電線桿，高高聳立的一座建筑物，站立的動(dòng)物身體、高點(diǎn)的車船體等。顯眼而又特別尖端狀物極易招引雷電的襲擊?？茖W(xué)家研制出的“避雷針”，就是利用了雷電會(huì)在尖端物體放電這一個(gè)特征的。

1.3 雷電氣象的分類

根據(jù)雷電的危害模式，可分為直接雷擊、靜電感應(yīng)閃電、電磁感應(yīng)雷、閃電侵入波、球形雷、片狀雷、球形閃電等。

2 雷電預(yù)警信號(hào)

青海省高海拔地區(qū)常發(fā)布雷電預(yù)警信號(hào)為黃、橙2個(gè)等級(jí)，雷電黃色預(yù)警信號(hào)的含義是預(yù)計(jì)未來(lái)6 h內(nèi)可能發(fā)生雷電活動(dòng)，有可能會(huì)造成雷電災(zāi)害，其標(biāo)準(zhǔn)為6 h內(nèi)雷電密度（地閃數(shù)目）大于5個(gè)/100 km2或者實(shí)況已達(dá)到該條件并可能持續(xù)（圖2）。雷電橙色預(yù)警信號(hào)的含義是未來(lái)3 h內(nèi)將發(fā)生較強(qiáng)雷電活動(dòng)，出現(xiàn)雷電災(zāi)害的可能性較大，其標(biāo)準(zhǔn)為3 h內(nèi)雷電密度（地閃數(shù)目）大于20個(gè)/100 km2或者實(shí)況已達(dá)到該條件并可能持續(xù)（圖3）。公眾可以通過(guò)電視、廣播、互聯(lián)網(wǎng)、手機(jī)短信、微信等媒體，或者城區(qū)的預(yù)警信號(hào)發(fā)布電子顯示屏得到氣象部門發(fā)布的雷電預(yù)警信號(hào)，在接收到預(yù)警信號(hào)后及時(shí)采取相應(yīng)的防范措施。

圖2 雷電黃色預(yù)警信號(hào)

圖3 雷電橙色預(yù)警信號(hào)

3 安裝避雷設(shè)施的重要性

避雷針，又名防雷針、接閃桿，是一種保護(hù)建筑物、高大樹木等避免雷擊的裝置。其真正物理原理不是避雷，而是引雷。避雷針頂端尖端頭引雷（閃電），然后用粗導(dǎo)體連通接地裝置，強(qiáng)大的雷電流通過(guò)粗導(dǎo)線引入地下，故而能起到保護(hù)建筑物或設(shè)備的安全的作用。正確安裝避雷針能夠有效預(yù)防建筑物和地表貴重設(shè)備遭受雷電的破壞。

高海拔地區(qū)極易發(fā)生云層與地之間的放電現(xiàn)象，所以該地區(qū)易燃易爆場(chǎng)所、所有企事業(yè)單位或小區(qū)居民樓的樓頂、一些古建筑物屋頂、寺院、電線桿頂部、一些無(wú)線電地面接收及各類地面觀測(cè)設(shè)備旁等均要正確安裝防雷設(shè)施并確保接入防雷地網(wǎng)，重點(diǎn)注意易燃易爆場(chǎng)所防雷設(shè)施的完備程度和應(yīng)對(duì)雷擊的各類保障措施，避雷針不合格會(huì)起不到效果，甚至?xí)斐蓢?yán)重安全隱患，所以要定期檢查或更換避雷針，逐個(gè)消除安全隱患排查發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，保證避雷針的防雷效果。

4 雷電的有效預(yù)防方法

4.1 個(gè)人防雷基本知識(shí)

當(dāng)發(fā)生雷電時(shí)，盡量快速進(jìn)入室內(nèi)，關(guān)好門和窗戶。如人員在室內(nèi)，盡量不要在雷雨天氣使用無(wú)防雷措施或防雷措施不足的電視機(jī)、家庭音響等家電；不要靠近已打開的門窗、金屬管子；拔掉電器用具插頭，關(guān)閉電器和天然氣開關(guān)；雷雨天氣切忌使用電吹風(fēng)機(jī)、電動(dòng)剃須刀等；不要或減少使用電話和手提電話。

當(dāng)人處于室外時(shí)，兩腳合并一起站立，這樣能有效防止雷電“跨步電壓”造成傷害，在雷擊過(guò)程中時(shí)雷電流泄入大地，附近人員兩腳之間會(huì)產(chǎn)生跨步電壓，電壓的大小與雷擊電流的大小、雷擊點(diǎn)的距離、兩腳之間的距離有關(guān)。盡量不要在樹下避雨，也不要靠近沒(méi)有避雷裝置的電桿、建筑物；不要在空曠的場(chǎng)地打傘，不要把金屬農(nóng)具、金屬球拍、潮濕物品等扛在肩上；野外最好的防護(hù)場(chǎng)所有洞穴、峽谷、溝渠；不要騎馬、騎自行車、開摩托車和敞篷拖拉機(jī)?？梢宰谄?yán)?，汽車是極好的避雷設(shè)施，因有屏蔽作用，即使閃電擊中汽車，也不會(huì)傷人。

4.2 雷電事故急救措施

當(dāng)看到有人被雷電擊中后，可以采取緊急救助措施。第一，如果是出現(xiàn)受雷擊昏倒而休克的狀態(tài)時(shí)，可以采用如下的救護(hù)方法：（1）口對(duì)口的人工呼吸。遭到雷電襲擊后越早對(duì)傷者進(jìn)行人工呼吸，傷者身體被救的可能性就越大。人的大腦缺氧時(shí)間超過(guò)十幾分鐘就會(huì)造成致命的危險(xiǎn)。（2）應(yīng)盡早爭(zhēng)取在4 min內(nèi)以心肺復(fù)蘇法實(shí)施搶救，心臟可以恢復(fù)跳動(dòng)。（3）可以對(duì)受傷者進(jìn)行心臟按壓，并迅速撥打120急救中心通知醫(yī)院進(jìn)行搶救，如果遇到多人被閃電集中，應(yīng)該先搶救那些無(wú)法發(fā)出聲息的傷者，再搶救那些會(huì)發(fā)出呻吟的傷者。第二，如果傷者遭受雷擊后引起衣服著火，這時(shí)應(yīng)迅速讓傷者躺下，避免火焰燒傷面部，并往傷者身上潑水，或者用厚衣服、毯子等物將傷者裹住有效隔絕空氣，做到有效撲滅火焰[2]。

4.3 雷電災(zāi)害的防護(hù)措施

（1）大力開展雷電災(zāi)害防護(hù)宣傳科普。氣象部門應(yīng)采取多種措施加強(qiáng)農(nóng)村、牧區(qū)雷電災(zāi)害防護(hù)技術(shù)培訓(xùn)和宣傳教育工作，制作多語(yǔ)言版本的防雷知識(shí)宣傳手冊(cè)，廣泛開展雷電災(zāi)害防護(hù)宣傳教育進(jìn)校園、進(jìn)農(nóng)村牧戶、進(jìn)村莊、進(jìn)寺院、進(jìn)機(jī)關(guān)等活動(dòng)，普及雷電災(zāi)害防護(hù)知識(shí)，增強(qiáng)農(nóng)村、牧區(qū)群眾自我防護(hù)意識(shí)。

（2）加強(qiáng)雷電災(zāi)害防護(hù)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，完善防雷技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。相關(guān)部門應(yīng)注重農(nóng)村、牧區(qū)防雷設(shè)施的規(guī)劃與建設(shè)，編制農(nóng)村、牧區(qū)雷電災(zāi)害防護(hù)規(guī)劃，加快農(nóng)村、牧區(qū)雷電監(jiān)測(cè)預(yù)警設(shè)施的建設(shè)。推進(jìn)農(nóng)村、牧區(qū)雷電高發(fā)區(qū)、人員密集場(chǎng)所和易燃易爆場(chǎng)所等防雷工程建設(shè)；制定農(nóng)村、牧區(qū)防雷技術(shù)規(guī)范和防雷標(biāo)準(zhǔn)，定期開展農(nóng)村、牧區(qū)防雷裝置檢測(cè)工作，擴(kuò)大防雷工程覆蓋面。

（3）加強(qiáng)天氣監(jiān)測(cè)，建立完善的“叫應(yīng)”制度。氣象部門應(yīng)加強(qiáng)天氣監(jiān)測(cè)，及時(shí)研判分析，采取多渠道、利用好新媒體平臺(tái)及時(shí)向公眾發(fā)布各類雷電災(zāi)害預(yù)警信號(hào)，提醒各類人員在雷電易發(fā)季節(jié)，尤其是牧民在牧區(qū)蟲草采挖季節(jié)要實(shí)時(shí)關(guān)注當(dāng)?shù)貧庀蟛块T發(fā)布的天氣預(yù)報(bào)信息。氣象部門可以建立完善災(zāi)害性天氣“叫應(yīng)”制度，第一時(shí)間向應(yīng)急部門報(bào)告，并切實(shí)采取相應(yīng)的防范措施做好雷電防范工作。

（4）充分利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，積極創(chuàng)新防雷領(lǐng)域。防雷電工作極其重要，目前我國(guó)的防雷相關(guān)技術(shù)有很多突出的特征和優(yōu)點(diǎn)，防雷工作應(yīng)結(jié)合社會(huì)發(fā)展加以創(chuàng)新，探索尋求新的防雷技術(shù)。在現(xiàn)如今網(wǎng)絡(luò)信息發(fā)達(dá)時(shí)代背景下，可以充分利用信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)拓寬防雷領(lǐng)域，配合先進(jìn)的科技和設(shè)備，大力促進(jìn)雷電防護(hù)工作向前發(fā)展。

（5）加強(qiáng)技術(shù)研發(fā)，推進(jìn)防雷工作創(chuàng)新。將生態(tài)系統(tǒng)與防雷工作相結(jié)合是防雷工作向前發(fā)展的關(guān)鍵點(diǎn)，能有效維護(hù)國(guó)家和人民的生命財(cái)產(chǎn)安全。富蘭克林的導(dǎo)雷進(jìn)地的思想是防雷工作的重要指導(dǎo)思想之一，能有效減少雷電災(zāi)害的發(fā)生，為我國(guó)防雷工作的開展帶來(lái)理論基礎(chǔ)[3]。氣象部門工作人員應(yīng)牢固樹立“人民至上、生命至上”理念，認(rèn)真研發(fā)新技術(shù)，加快推進(jìn)防雷工作的創(chuàng)新，最大限度地降低雷電事故造成的各類損失。

5 結(jié)束語(yǔ)

總之，預(yù)防雷電工作是一項(xiàng)長(zhǎng)期而復(fù)雜的工作，氣象工作技術(shù)人員要在分析雷電產(chǎn)生原理的基礎(chǔ)上，不斷歸納總結(jié)防雷電工作的經(jīng)驗(yàn)，積極配合當(dāng)?shù)卣M(jìn)調(diào)研農(nóng)牧民需求，及時(shí)做好一系列預(yù)防雷電工作，確保當(dāng)?shù)鼐用裆拓?cái)產(chǎn)的安全，為地方社會(huì)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定發(fā)展作出貢獻(xiàn)。