濮陽市雷暴特點(diǎn)及區(qū)劃研究

摘要 根據(jù)濮陽市5個(gè)縣市氣象觀測站觀測的雷暴日（2001—2017年）數(shù)據(jù)、閃電定位系統(tǒng)監(jiān)測資料（2005—2017年），以及濮陽市雷擊災(zāi)害頻度、經(jīng)濟(jì)損失模數(shù)、生命損失模數(shù)作為濮陽市各縣市區(qū)雷電災(zāi)害綜合易損性評估評價(jià)指標(biāo)，對濮陽市雷電災(zāi)害致災(zāi)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評估。結(jié)果表明，某一區(qū)域雷暴災(zāi)害的產(chǎn)生和帶來的影響既與該區(qū)域的地理位置、氣候條件、人文環(huán)境，以及該區(qū)域的人口密度、經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展條件密切相關(guān)?；谟嘘P(guān)資料構(gòu)建濮陽市雷電災(zāi)害評價(jià)指標(biāo)，為該區(qū)域預(yù)防與降低雷電災(zāi)害提供了較為客觀的依據(jù)。

關(guān)鍵詞 雷電災(zāi)害；變化趨勢；易損性指標(biāo)；風(fēng)險(xiǎn)評估；濮陽市

中圖分類號：P446 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：2095–3305（2023）02–0067-04

雷暴是存在于自然界大氣環(huán)境中的瞬間放電過程，并伴隨聲、光等的自然現(xiàn)象，它能在短時(shí)間內(nèi)釋放出巨大的能量，極易引起嚴(yán)重災(zāi)害[1-2]。特別是隨著互聯(lián)網(wǎng)科技的快速發(fā)展，雷暴災(zāi)害日益增多，造成的損害也隨之加劇[3-4]。

不少氣象科技工作者對雷電造成的危害進(jìn)行了研究，程麗丹等[5]對河南省雷電災(zāi)害進(jìn)行了及時(shí)評估，并利用經(jīng)濟(jì)損失、社會影響和環(huán)境損害指標(biāo)，建立了河南省雷電災(zāi)害的災(zāi)情評估體系；王清川等[6]采用廊坊市各氣象臺站的雷暴日數(shù)、雷電災(zāi)害發(fā)生的頻率、危害程度等指標(biāo)，通過分析廊坊市雷電災(zāi)害發(fā)生規(guī)律，并對該地區(qū)雷暴易損性進(jìn)行評估，并對雷電災(zāi)害的易損性評估指標(biāo)進(jìn)行分級和易損度區(qū)劃。賀艷秋等[7]對湖南省的雷電災(zāi)情進(jìn)行了易損性評價(jià)和大數(shù)據(jù)分析，并開展了雷暴災(zāi)害區(qū)劃調(diào)查，結(jié)果顯示：雷電災(zāi)害出現(xiàn)的概率和損失情況與該區(qū)域所處的地理環(huán)境、平均海拔高度、大氣條件狀況、人口密度、平均GDP水平等直接相關(guān)。

目前，隨著雷擊災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估工作的開展，許多氣象科技工作者對雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估與區(qū)劃指標(biāo)的確定進(jìn)行了研究。本研究運(yùn)用線性趨勢對雷暴的分布和變化特征進(jìn)行了研究，然后采用加權(quán)綜合評價(jià)法和層次分析法，在前人研究的基礎(chǔ)上，通過危險(xiǎn)度、暴露度、脆弱度和防災(zāi)減災(zāi)水平4個(gè)指數(shù)，對濮陽市的雷暴災(zāi)害損失風(fēng)險(xiǎn)作出了綜合評估和雷暴災(zāi)害等級劃分。

1 資料來源與研究方法

1.1 資料來源

采用濮陽市和所屬臺站2001—2017年的逐月雷暴數(shù)據(jù)。相對應(yīng)年份的人口密度、土地面積、人均GDP等數(shù)據(jù)由濮陽市統(tǒng)計(jì)局提供。

1.2 研究方法

1.2.1 線性趨勢分析 利用Excel的統(tǒng)計(jì)分析功能，對濮陽市2001—2017年雷暴資料進(jìn)行分析，畫出雷暴日數(shù)的線性變化趨勢。

1.2.2 加權(quán)綜合評價(jià)法 加權(quán)綜合評價(jià)法是基于指數(shù)i對目標(biāo)因子j的影響程度的不同，賦予i不同的量化值[6]。利用公式（1）進(jìn)行計(jì)算：

Cvj＝QvijWci（1）

式（1）中：Cvj是各個(gè)評價(jià)因子值的

總和，Qvij是對于因子j的指標(biāo)i（Qvij≥0），

Wci是指標(biāo)i的權(quán)重值（0≤Wci≤1）。m 是評價(jià)指標(biāo)個(gè)數(shù)。

1.2.3 層次分析法（AHP） 層次分析法主要用于分析比較復(fù)雜的、模糊的，難于完全定量分析的問題[7]。層次分析法能夠合理地將研究范圍分成目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和指標(biāo)層并進(jìn)行有針對性的分析。

2 濮陽市雷暴時(shí)空變化分析

濮陽市地處中國河南東北方位，黃河流域下游，冀、魯、豫三省交界處。東、南面與山東省濟(jì)寧、菏澤兩市隔河相望，東北面毗鄰山東省聊城、泰安兩市，北面與河北省邯鄲市連接，西面、西南面與河南省安陽、新鄉(xiāng)兩市相倚。位于35°20′0″N～36°12′23″N，114°52′0″E～116°5′4″E間，東西向長約125 km，南北寬約100 km。全市總面積約為4 188 km?。

2.1 濮陽市雷暴日變化趨勢

經(jīng)過研究后表明（表1）：2001—2007年，濮陽市地區(qū)的年均雷暴日天數(shù)為19.9 d，年均最多雷暴日天數(shù)為30.8 d，

均發(fā)生在2013—2014年；年最多雷暴日天數(shù)為50 d，主要發(fā)生在濮陽縣（2013年）；最少值則發(fā)生在臺前縣為6 d。

逐年增加的趨勢十分明顯；在一年中雷暴日主要集中在7—8月。

圖1為2001—2017年濮陽市年平均雷暴日數(shù)年際變化圖，利用一次線性傾向方法得到，圖中的直線為線性趨勢線。線性變化趨勢函數(shù)的值y=1.0265x+11.138，R2=0.7485，通過了信度值為0.01的顯著性檢驗(yàn)，年雷暴日數(shù)以10.3 d /10年的線性趨勢顯著遞增，年雷暴日數(shù)呈逐年上升的趨勢。

2.2 年雷暴日的空間分布

通過對濮陽地區(qū)雷暴日數(shù)研究：濮陽市南部濮陽縣、中部清豐、范縣的年均雷暴天數(shù)超過25 d，為中雷區(qū)；東部臺前縣、北部南樂縣年均雷暴天數(shù)都在25 d之內(nèi)，為少雷區(qū)，總體空間分布呈西南部及中部地區(qū)偏多，東、北部偏少的特點(diǎn)。另外，濮陽市受到亞洲夏季風(fēng)和黃河流域地形的影響，對流活動比較頻繁。

濮陽市2001—2017的年均雷暴天數(shù)為19.9 d若以平均值（19.9 d）作為歷年氣候的標(biāo)準(zhǔn)值，把年暴天數(shù)距平≥20%視為多雷暴年，將年雷暴天數(shù)距平≤20%視為少雷暴年，其他為正常年份；則有2年屬于多雷暴年且距平≥50%，分別是2013和2014年；少雷暴年有4年，分別是2001、2002年、2003和2004年（圖2）。

2.3 濮陽市云地閃特征

2001—2017年共檢測到的云地閃53 653個(gè)，由于在對流云中負(fù)電性大部分處于云體的下方，而正電荷則大部分處于云體的上方，云層的主體部分及其與地面間的放電大部分為負(fù)閃電，因此，負(fù)雷電約占了閃電總量的91.74%（約49 217個(gè)）；正閃電約占閃電總量的8.26%（約4 436個(gè)）。根據(jù)濮陽市閃電觀測數(shù)據(jù)分析，每年的平均閃電次數(shù)達(dá)

3 000次以上。1—12月均可出現(xiàn)雷電，但大多集中于4—8月，其中又以7—8月最為密集，占全年雷電總次數(shù)的75.6%。

2.4 閃電頻次的日變化

通過對濮陽市閃電頻率的逐日變化（圖3）研究表明：一天中，峰值出現(xiàn)在17：00～18：00，而最低值出現(xiàn)在09：00～10：00，變化為明顯的單峰單谷型，在09：00～17：00，閃電頻次逐小時(shí)上升尤其顯著；但從17：00至次日09：00，雷電頻次的逐小時(shí)下降態(tài)勢很明顯。證明：09：00～17：00，對流性雷電天氣出現(xiàn)的概率呈現(xiàn)明顯的增加態(tài)勢，17：00至次日09：00，出現(xiàn)對流性雷電天氣的概率逐步下降，14：00～23：00為對流性雷電天氣的主要出現(xiàn)時(shí)間段，同時(shí)也是雷電防范的重點(diǎn)時(shí)間段。

2.5 閃電強(qiáng)度分布特征

通過對負(fù)閃與總閃的百分率曲線（圖4）研究表明：負(fù)閃與總閃變化趨勢基本一致；由于負(fù)閃次數(shù)約為總閃次數(shù)的91%以上，導(dǎo)致了正、負(fù)閃電分布變化趨勢的差別顯著；負(fù)閃、正閃與總閃頻次百分率最大值都為20～30 kA。另外，也可看出濮陽市正閃與負(fù)閃的強(qiáng)度均為10～60 kA，為閃電防御的最主要防范的閃電強(qiáng)度范圍。

2.6 地閃活動的月變化特征

從地閃活動月變化圖上看，正地閃所占比例的月變化曲線表現(xiàn)為雙峰特征，與地閃頻數(shù)呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)（圖5）。8月為濮陽地區(qū)對流活動最強(qiáng)烈，是地閃活動最密集的月份，占地閃總量的57.71%；次之是7月，占地閃總數(shù)的14.58%；最后是6月，占地閃總數(shù)的9.09%。結(jié)合濮陽市年平均各月地閃活動參數(shù)統(tǒng)計(jì)表（表2）可以看到，4月地閃頻數(shù)很少，但正地閃比例最高，約占7.56%；11月地閃頻數(shù)最少，正閃比例占6.95%；8月地閃頻數(shù)最多，但正地閃比例最低，僅占0.26 % 。

2.7 地閃時(shí)空分布特征

采用LD-Ⅱ型地閃定位儀，開展了濮陽市雷電活動的監(jiān)測工作，對2001—2016年在濮陽地區(qū)觀察的云地間閃電（13 652個(gè)）進(jìn)行分析：由于對流云中負(fù)電荷大部分處于云體底部，正電荷大部分處于云體上層，云的主體部分對地的放電大多為負(fù)閃電，因此，濮陽市的地閃活動中負(fù)閃占總閃的94.46%（約12 896個(gè)）；正閃占總閃的5.54%（約756個(gè)）。據(jù)濮陽市的閃電監(jiān)測資料分析，每年平均雷電頻次在3 000次以上。1～12月均可出現(xiàn)雷電，但大多集中于4—8月，而又以7—8月最頻發(fā)，占全年雷電活動總頻次的75.6%。

濮陽市位于暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，夏季由于受副熱帶高壓北上影響（往往攜帶大量的水汽），加上山東半島地形的影響，導(dǎo)致南下的冷空氣與暖濕氣流輻合上升。另外，濮陽市南部和東南部緊鄰黃河流域，內(nèi)有衛(wèi)河、金堤河、馬頰河等水系，境內(nèi)河流密布，水資源豐富，有利于形成較強(qiáng)的雷暴云。有學(xué)者分析指出，雷暴云中的云粒之間和降水粒子撞擊產(chǎn)生大量電荷，強(qiáng)烈的輻合上升也有利于粒子之間的撞擊，這都有利于云中的電荷產(chǎn)生和增加，從而使得閃擊的頻次增加。大面積的水域具有良好的導(dǎo)電性，這些因素均為濮陽市雷暴云對地閃擊的頻率較高的主要因素；濮陽市是國內(nèi)主要的石化基地，人口密集，化工企業(yè)較多，造成該地區(qū)的地閃密度較大。濮陽地區(qū)年平均地閃密度為2.22次/（hm2·年），濮陽市區(qū)和濮陽縣是濮陽市地閃密度大值區(qū)。

通過研究濮陽市內(nèi)正、負(fù)地閃的總次數(shù)及其空間分布，可看出：濮陽市正負(fù)地閃次數(shù)相差懸殊；正地閃僅占總地閃次數(shù)的5.54%，正地閃的年平均密值為0.11次/（hm2·年），臺前、范縣等黃河沖積平原一帶出現(xiàn)正地閃的概率很高；負(fù)地閃占總地閃的94.46%，負(fù)地閃的年平均密度值為1.95次/（hm2·年），負(fù)地閃的空間分布特征與總地閃的分布相似。

3 雷暴災(zāi)害損失風(fēng)險(xiǎn)評估指標(biāo)

在對前人探討的基礎(chǔ)上，提出了雷暴災(zāi)害損失風(fēng)險(xiǎn)評估的目標(biāo)層；選取雷暴災(zāi)害的危險(xiǎn)性、暴露性、脆弱度和防災(zāi)減災(zāi)能力等指標(biāo)作為雷暴損失風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)因子（準(zhǔn)則層）；利用年平均雷暴日數(shù)、人口密度、人均GDP等子因子（指標(biāo)層），對雷暴災(zāi)害造成的危害進(jìn)行評估。

運(yùn)用AHP進(jìn)行研究時(shí)，大致步驟包括：（1）首先確定需處理的問題；（2）利用選取的數(shù)據(jù)建立不同層次的結(jié)構(gòu)模型；（3）建立風(fēng)險(xiǎn)評判的矩陣；（4）對層次實(shí)現(xiàn)單排序和總排序；（5）對風(fēng)險(xiǎn)結(jié)果進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。在檢驗(yàn)的過程中，如果單排序或?qū)哟慰偱判虻碾S機(jī)一致性比例不能通過檢驗(yàn)，必須重新建立評判矩陣，直至所有檢驗(yàn)指標(biāo)的值小于0.10 為止。

雷暴災(zāi)害損失風(fēng)險(xiǎn)評估是建立在對危險(xiǎn)性、暴露性、脆弱性和防災(zāi)減災(zāi)能力上的綜合分析的基礎(chǔ)上的。

運(yùn)用加權(quán)綜合評估法和層次分析法，并結(jié)合表1構(gòu)建如下雷暴災(zāi)害損失風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)模型［7］。

TDLRI=（HWH）（EWE）（VWV）（RWR），（2）

H=WH1XH1+WH2XH2，（3）

E=WE1XE1+WE2XE2+WE3XE3+WE4XE4，（4）

V=WV1XV1+WV2XV2+WV3XV3，（5）

R=WR1XR1+WR2XR2，（6）

式中：方程（3）是綜合風(fēng)險(xiǎn)模型，TDLRI是雷暴災(zāi)害損失風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)，用來描述因雷暴造成的損失風(fēng)險(xiǎn)程度，DLRI數(shù)值的大小，對應(yīng)損失風(fēng)險(xiǎn)的嚴(yán)重程度；H、E、V、R的數(shù)值代表了危害性、暴露性、脆弱性和防災(zāi)減災(zāi)能力因子的指標(biāo)；WH，WE，WV，WR依次代表危害性、暴露性、脆弱性和防災(zāi)減災(zāi)能力因子的權(quán)重值，在上式（2）～（6）中，Xi代表為經(jīng)過量化后的各指標(biāo)數(shù)值，而Wi代表指標(biāo)i的權(quán)重值，說明了各指標(biāo)對造成雷暴災(zāi)害損失的重要性（表3）。

采用層次分析法即可得出，危險(xiǎn)性、暴露度、脆弱性和防災(zāi)減災(zāi)能力的權(quán)重依次為0.37、0.37、0.17、0.09，判斷矩陣一致性比例的值分別為0.581 0、0.000、0.058 1、0.037 2，通過一致性檢驗(yàn)。

危險(xiǎn)性的主要影響因子為年平均雷暴日數(shù)；暴露性的主要影響因子為人口密度和用電量，受教育程度，人均GDP等；通信設(shè)備是脆弱性主要影響因子、防雷設(shè)施的完善與否是防災(zāi)減災(zāi)能力的主要決定因素。

根據(jù)雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)的大小，運(yùn)用自然斷點(diǎn)分析法，可以將雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分為高風(fēng)險(xiǎn)等級（Ⅰ級）、次高風(fēng)險(xiǎn)等級（Ⅱ級）、中等風(fēng)險(xiǎn)等級（Ⅲ級）和低風(fēng)險(xiǎn)等級（Ⅳ級）。

采用自然斷點(diǎn)分級法，劃定的雷電風(fēng)險(xiǎn)等級對濮陽市各縣市網(wǎng)格單元的因子屬性，按照高、次高、中等和低4個(gè)等級分區(qū)，將雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)劃分為高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、次高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、中風(fēng)險(xiǎn)區(qū)和低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)（表4）。

4 結(jié)論

經(jīng)過對濮陽市雷暴發(fā)生規(guī)律和雷暴災(zāi)害的危險(xiǎn)性、暴露性、脆弱性及防災(zāi)減災(zāi)能力的綜合分析，結(jié)果表明：

（1）濮陽市雷暴日數(shù)呈逐年增多的趨勢，同時(shí)呈東多西少的分布。

（2）2001—2017年濮陽市年平均雷暴日數(shù)為19.9 d，年平均最多的是30.8 d，

出現(xiàn)在2013—2014年，濮陽市也是雷暴災(zāi)害影響較為嚴(yán)重的地區(qū)。

（3）濮陽市雷暴災(zāi)害多發(fā)區(qū)為濮陽市區(qū)和濮陽縣，防災(zāi)減災(zāi)能力較弱的地區(qū)主要為濮陽市東部的臺前縣。

參考文獻(xiàn)

[1] 肖穩(wěn)安.防雷工程檢測驗(yàn)收及雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估[M].北京：氣象出版社，2009.

[2] 楊仲江.雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估與管理基礎(chǔ)[M].北京：氣象出版社，2010.

[3] 李家啟，李良福.雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估與控制[M].北京：氣象出版社，2010.

[4] 吳孟恒.雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估技術(shù)[M].北京：氣象出版社，2009.

[5] 程麗丹，張永剛，楊美榮，等.河南省雷電災(zāi)害易損性分析及風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃[J].氣象與環(huán)境科學(xué)，2011，34（3）：50-55.

[6] 王清川，壽紹文，田曉飛，等.廊坊市雷電災(zāi)害易損性分析、評估及易損度區(qū)劃[J].干旱氣象，2009，27（4）：402-409.

[7] 賀秋艷，祝燕德，郭在華，等.湖南省雷電災(zāi)害易損性分析及區(qū)劃[J].成都信息工程學(xué)院學(xué)報(bào)2011，26（1）：98-102.

責(zé)任編輯：黃艷飛

Analysis of Thunderstorm Distribution Character-

istics in Puyang City

Ma Hui-yan （Puyang Meteorological Bureau， Puyang， Henan 457000）

Abstract According to the data of thunderstorm days （2001-2017） observed by meteorological observation stations in five counties and cities of Puyang City， the monitoring data of lightning positioning system （2005-2017） and the frequency， economic loss modulus and life loss modulus of lightning disaster in Puyang City as the comprehensive vulnerability assessment indicators of lightning disaster in all counties and urban areas of Puyang City， the disaster risk caused by lightning disaster in Puyang City was assessed. The results show that the occurrence and impact of thunderstorm disasters in a certain region are closely related to the geographical location， climate conditions， human environment， population density and economic and social development conditions of the region. Based on the relevant data， the evaluation index of lightning disasters in Puyang City was constructed， which provides an objective basis for the prevention and reduction of lightning disasters in this region.

Key words Lightning disaster; Change trend; Vulnerability index; Risk assessment; Puyang City

作者簡介 馬慧妍（1982—），女，河南周口人，工程師，主要從事天氣預(yù)報(bào)工作。

收稿日期 2022-11-21