宋喃喃， 劉 邕

(天津市防雷中心，天津 300074)

?

基于天津各行政區(qū)的雷電風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃初探

宋喃喃， 劉 邕

(天津市防雷中心，天津 300074)

根據(jù)天津地區(qū)2008～2012年閃電監(jiān)測(cè)資料和雷電災(zāi)害統(tǒng)計(jì)資料，分析了天津地區(qū)閃電活動(dòng)規(guī)律及雷電災(zāi)害分布特征。在未考慮下墊面的基礎(chǔ)上，利用分級(jí)統(tǒng)計(jì)法對(duì)天津各行政區(qū)雷電風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行區(qū)劃，并用Ward’s聚類(lèi)分析進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)2種分類(lèi)結(jié)果基本一致，薊縣雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)極高，武清次之，其他區(qū)域雷電風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較小。通過(guò)對(duì)各行政區(qū)域雷電的綜合分析，可為天津地區(qū)細(xì)化“雷電風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域劃分”及特定地點(diǎn)的“雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估”提供參考，并為天津各行政區(qū)域未來(lái)發(fā)展規(guī)劃提供決策依據(jù)。

閃電特征；雷電災(zāi)害；風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃

雷電是自然界最常見(jiàn)的一種放電現(xiàn)象，強(qiáng)大的電流、熾熱的高溫、強(qiáng)烈的電磁輻射等往往會(huì)造成人員傷亡、建筑物損壞。隨著人們生活的日益現(xiàn)代化，電子、電氣設(shè)備的普遍應(yīng)用，雷災(zāi)事故呈逐年上升趨勢(shì)。因此，雷電災(zāi)害受到越來(lái)越多學(xué)者的關(guān)注和研究[1-3]。如殷嫻等根據(jù)江蘇省雷電災(zāi)害資料、雷暴日資料以及地閃資料,分析了江蘇省雷電災(zāi)害分布特征[1]；郭虎等根據(jù)北京地區(qū)閃電資料和雷電災(zāi)害資料綜合分析了該地區(qū)雷電災(zāi)害易損特征，并得出北京市雷電災(zāi)害易損度評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)[3]。天津地區(qū)屬暖溫帶半濕潤(rùn)季風(fēng)性氣候，臨近渤海灣，受海洋氣候影響明顯，年平均雷暴日高達(dá)29.8 d，雷電災(zāi)害頻繁發(fā)生。僅2012年，天津地區(qū)發(fā)生雷電災(zāi)害20余起，并有2起雷電災(zāi)害引發(fā)火災(zāi)，造成經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)844.2萬(wàn)元。筆者在此根據(jù)該地區(qū)2008～2012年閃電監(jiān)測(cè)資料和雷電災(zāi)害統(tǒng)計(jì)資料，對(duì)天津各行政區(qū)雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行研究。

1 資料與方法

天津地區(qū)雷電活動(dòng)較頻繁，該研究資料取自2008～2012年閃電定位儀監(jiān)測(cè)資料(取自天津大港站)，并進(jìn)行一定處理。閃電強(qiáng)度絕對(duì)值小于10 kA的被認(rèn)為是云閃[4]，且大于300 kA的閃電較少[5]，故在資料處理時(shí)將此部分剔除。統(tǒng)計(jì)2008～2012年天津地區(qū)發(fā)生的閃電總數(shù)、正負(fù)閃數(shù)，并利用克里格插值法將天津地區(qū)劃分為0.1°×0.1°網(wǎng)格，統(tǒng)計(jì)網(wǎng)格內(nèi)閃電的發(fā)生次數(shù)，獲得閃電密度分布[6]。

2 天津地區(qū)雷電特征分析

2.1 閃電年際變化分析經(jīng)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)(圖1)，天津地區(qū)2008～2012年發(fā)生閃電共計(jì)11萬(wàn)余次，其中正閃6 018次，負(fù)閃102 066次，正負(fù)閃比例約為1∶17；負(fù)閃與總閃的變化趨勢(shì)相近,正閃占總閃的比例非常小；年際變化規(guī)律中，2008年發(fā)生閃電次數(shù)最多，2009年發(fā)生閃電次數(shù)最少，2009年以后呈逐年上升趨勢(shì)，2012年較2011年略有下降。

圖1 2008～2012年天津地區(qū)正負(fù)閃年分布特征

2.2 閃電密度空間分布特征將天津地區(qū)劃分為0.1°×0.1°網(wǎng)格，統(tǒng)計(jì)網(wǎng)格內(nèi)閃電的發(fā)生次數(shù)，繪制天津地區(qū)閃電空間密度分布。從圖2可以看出，天津地區(qū)閃電密度分布呈北高南低趨勢(shì)，且沿海地區(qū)高于內(nèi)陸地區(qū)；其中最大值出現(xiàn)在天津西北部武清區(qū)，為3.32次/(km2·a)，次大值出現(xiàn)在天津北部寶坻區(qū)，為3.11次/(km2·a)，南部地區(qū)閃電密度相對(duì)較小。

注：圖中數(shù)值表示每100 km2每年的閃電密度值。圖2 2008～2012年天津地區(qū)地閃密度空間分布

根據(jù)天津地區(qū)閃電密度空間分布繪制區(qū)域閃電密度分布圖。從圖3可以看出，天津地區(qū)閃電密度區(qū)域分布呈從北向南逐漸降低的趨勢(shì)。其中薊縣最高，寶坻、武清區(qū)次之，濱海新區(qū)和靜?？h閃電密度相對(duì)較小。分析閃電這一局地特征分布的主要原因?yàn)椋核E縣位于燕山山脈南部，暖濕氣流容易在迎風(fēng)坡造成氣旋性輻合，當(dāng)伴有足夠的動(dòng)力抬升、水汽符合條件時(shí)，并加之地形的推動(dòng)作用，促成了雷電的發(fā)生、發(fā)展；而南部地區(qū)多以平原和洼地為主，不利于閃電的孕育，因而閃電活動(dòng)較少。

圖3 2008～2012年天津地區(qū)地閃密度區(qū)域分布

3 天津地區(qū)雷電災(zāi)害特征分析

根據(jù)2008～2012年《全國(guó)雷電災(zāi)害資料匯編》統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)2008～2012年天津地區(qū)雷電災(zāi)害年際變化趨勢(shì)呈2個(gè)波峰1個(gè)波谷型：2008雷災(zāi)總數(shù)較少，2009年達(dá)到波峰，2010年下降，2011年有所回升，2012年雷災(zāi)總數(shù)又減少(圖4)。研究2008～2012年雷電災(zāi)害統(tǒng)計(jì)資料，發(fā)現(xiàn)天津地區(qū)5年間發(fā)生雷電災(zāi)害共計(jì)160余起，經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)1 200萬(wàn)元。其中，發(fā)生于農(nóng)村的雷電災(zāi)害約占56.44%，發(fā)生于城市中的雷電災(zāi)害占43.56%；分析雷電災(zāi)害的行業(yè)分布發(fā)現(xiàn)，居民用戶遭受雷擊的概率約為79.13%，電力行業(yè)遭受雷擊的概率為6.47%，石油、化工行業(yè)遭受雷擊的概率為4.32%，約10.08%的雷電災(zāi)害分布于其他行業(yè)中；設(shè)備損害類(lèi)型中以微電子設(shè)備和家用電器損害居多，高達(dá)88.28%。

圖4 2008～2012年天津市雷電災(zāi)害變化

圖5 2008～2012年天津地區(qū)年雷電災(zāi)害密度區(qū)域分布

從圖5可以看出，薊縣、北辰、東麗區(qū)遭受雷擊的頻度較大，武清、西青、靜海次之；大港區(qū)屬工業(yè)重地，遭受雷擊的頻度相對(duì)較高；其他區(qū)域遭受雷電災(zāi)害的概率則比較小，特別是寧河、津南區(qū)，幾乎沒(méi)有。對(duì)比圖5與圖3發(fā)現(xiàn)，天津地區(qū)雷電災(zāi)害與自然雷電活動(dòng)有一定的關(guān)系(如薊縣、武清呈正相關(guān))，又不完全受雷電活動(dòng)所影響(如寶坻、寧河等呈負(fù)相關(guān))，在北京、江蘇等[1,3，7]地區(qū)均有上述現(xiàn)象存在。

4 天津各行政區(qū)雷電風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃

4.1 雷電風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃參數(shù)的選擇根據(jù)天津地區(qū)2008～2012年閃電監(jiān)測(cè)資料和雷電災(zāi)害統(tǒng)計(jì)資料，以天津行政區(qū)內(nèi)13個(gè)區(qū)縣(市六區(qū)為一個(gè)單元)為基本分析單元，選用雷擊年平均密度、雷災(zāi)年平均密度、年經(jīng)濟(jì)損失額度和年人員傷亡數(shù)4個(gè)參數(shù)，在未考慮下墊面的前提下，綜合分析天津各行政區(qū)域的雷電風(fēng)險(xiǎn)特點(diǎn)。雷擊年平均密度(E1)是指區(qū)域單位面積上雷擊大地的年平均次數(shù)，單位為次/(km2·a)，此結(jié)果根據(jù)閃電定位儀監(jiān)測(cè)資料確定；雷災(zāi)年平均密度(E2)指區(qū)域內(nèi)發(fā)生雷電災(zāi)害的年平均次數(shù)，可以用“N年區(qū)域雷災(zāi)次數(shù)/n”確定，單位為次/a；年經(jīng)濟(jì)損失額度(E3)是指一段時(shí)間內(nèi)區(qū)域單位面積上的雷災(zāi)經(jīng)濟(jì)損失數(shù)額，可以用“區(qū)域雷災(zāi)經(jīng)濟(jì)損失數(shù)額/區(qū)域面積”確定，單位為萬(wàn)元/100km2；年人員傷亡數(shù)(E4)是指一段時(shí)間內(nèi)區(qū)域單位面積上的雷災(zāi)中人員傷亡數(shù)，可以用“區(qū)域雷災(zāi)人員傷亡數(shù)/區(qū)域面積”確定，單位為人/1 000km2。

根據(jù)上述定義，統(tǒng)計(jì)得到天津各行政區(qū)內(nèi)的雷電風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)如表1所示。采用氣象學(xué)統(tǒng)計(jì)分析中的分級(jí)統(tǒng)計(jì)法[8]，對(duì)天津各行政區(qū)內(nèi)的雷電風(fēng)險(xiǎn)平均特征進(jìn)行分析，將風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)劃分為極高(1.0)、高(0.8)、中(0.5)、低(0.2)和極低(0)5個(gè)等級(jí)得表2；并將天津各行政區(qū)劃分為極低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、中風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)和極高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)5個(gè)不同等級(jí)的風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域。

表1 天津各行政區(qū)雷電風(fēng)險(xiǎn)特征指數(shù)統(tǒng)計(jì)

表2 天津各行政區(qū)雷電風(fēng)險(xiǎn)特征評(píng)價(jià)結(jié)果

注：E表示雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)平均特征。

4.2 雷電風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃結(jié)果對(duì)綜合評(píng)價(jià)結(jié)果(表2)進(jìn)行分級(jí)統(tǒng)計(jì)，得出塘沽、漢沽、大港、津南、寧河為極低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，東麗、市六區(qū)、西青為低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，靜海、寶坻、北辰為中風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，武清為高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，薊縣為極高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。利用聚類(lèi)分析中的Ward’s法對(duì)分級(jí)統(tǒng)計(jì)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，極低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、中風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)和極高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)的分類(lèi)結(jié)果分別為{塘沽、漢沽、大港、津南、寧河}、{東麗、市六區(qū)、西青}、{靜海、北辰}、{武清}、{寶坻、薊縣}。對(duì)比2種分類(lèi)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，除寶坻的分類(lèi)結(jié)果稍有偏差外，其他分類(lèi)結(jié)果均相同。分析寶坻地區(qū)風(fēng)險(xiǎn)值，總風(fēng)險(xiǎn)值1.7，平均風(fēng)險(xiǎn)值E為0.425，低于武清對(duì)應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)值，可見(jiàn)利用分級(jí)統(tǒng)計(jì)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃的結(jié)果較為可靠。根據(jù)分級(jí)統(tǒng)計(jì)區(qū)劃結(jié)果繪制天津各行政區(qū)的雷電風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃圖如圖6所示。

圖6 天津各行政區(qū)雷電風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃

5 結(jié)論與討論

(1) 天津地區(qū)2008～2012年間發(fā)生閃電共計(jì)11萬(wàn)余次，正負(fù)閃比例約為1∶17；閃電密度空間分布呈北高南低趨勢(shì)，薊縣最高，寶坻、武清區(qū)次之，濱海新區(qū)和靜海縣閃電密度相對(duì)較小。

(2) 天津地區(qū)2008～2012年間發(fā)生雷電災(zāi)害共計(jì)160余起，經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)1 200萬(wàn)元；雷電災(zāi)害地區(qū)分布中農(nóng)村高于城市，行業(yè)分布中居民用戶所占比例最高，電力行業(yè)和石油化工行業(yè)次之，設(shè)備損害類(lèi)型中以微電子設(shè)備居多。

(3) 利用分級(jí)統(tǒng)計(jì)法得到天津各行政區(qū)的雷電風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃結(jié)果，該結(jié)果表明薊縣雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)極高，武清次之，其他區(qū)域雷電風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較小，利用Ward’s聚類(lèi)分析對(duì)比驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)結(jié)果可靠。

(4)該研究是在未考慮天津地區(qū)下墊面的前提下，得到了天津各行政區(qū)的雷電風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃結(jié)果，該結(jié)果可為天津地區(qū)細(xì)化“雷電風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域劃分”及特定地點(diǎn)的“雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估”提供參考，并為天津各行政區(qū)域未來(lái)的發(fā)展規(guī)劃提供決策依據(jù)。在以后的工作中，會(huì)嘗試加入下墊面因素，對(duì)天津地區(qū)雷電風(fēng)險(xiǎn)特征進(jìn)行更為細(xì)致的研究。

[1] 殷嫻,肖穩(wěn)安,馮民學(xué).區(qū)域雷災(zāi)分布特征及易損度區(qū)劃[J].氣象科技，2009,37(2):216-220.

[2] 嚴(yán)春銀,吳高學(xué),朱建章.區(qū)域雷災(zāi)易損性及其區(qū)劃的實(shí)證分析[J].氣象與環(huán)境學(xué)報(bào)，2007,23(1):17-21.

[3] 郭虎,熊亞軍.北京市雷電災(zāi)害易損性分析、評(píng)估及易損度區(qū)劃[J].應(yīng)用氣象學(xué)報(bào),2008,19(1):35-40.

[4] ZHENG D，ZHANG Y，MENG Q, et al. Total lightning characteristics and electric structure evolution in a hailstorm[J].Acta Meteorologica Sinica,2009,23(2): 233-249.

[5] 田芳,肖穩(wěn)安,馮民學(xué),等.閃電定位儀觀測(cè)結(jié)果的修訂分析[J].華東電力,2008, 36(6):38-42.

[6] 周明薇.邵陽(yáng)地區(qū)雷電活動(dòng)規(guī)律及其預(yù)報(bào)研究[D].南京：南京信息工程大學(xué),2013.

[7] 蔣勇軍,況明生,匡鴻海，等.區(qū)域易損性分析、評(píng)估及易損區(qū)劃[J].災(zāi)害學(xué)，2001,16(3):59-61.

[8]宋喃喃.閃電時(shí)程研究及區(qū)域雷電風(fēng)險(xiǎn)分析[D].南京：南京信息工程大學(xué),2013.

A Preliminary Study on Lightning Risk Zoning Based on Each Administrative District of Tianjin

SONG Nan-nan, LIU Yong

( Lightning Protection Center of Tianjin, Tianjin 300074)

According to the lightning monitoring data and the statistical data of lightning disaster from 2008 to 2012 of Tianjin area, the lightning activity rule and characteristics of lightning disaster distribution of Tianjin area were analyzed. Based on did not consider the pad surface, using classification statistics method, the lightning risk for each administrative region in Tianjin was divided, and using ward’s cluster analysis was used to conduct verification, and it was found that two kinds of classification results are basically identical: Jixian lightning disaster risk is extremely high, Wuqing followed, other regional lightning risk is relatively small. Through the comprehensive analysis of all the administrative regions of lightning, it can provide a reference for Tianjin refinement “l(fā)ightning disaster risk assessment”, “l(fā)ightning risk zoning” and a specific location, and provide decision-making basis for each administrative region of Tianjin's future development plans.

Lightning characteristics; Lightning disasters; Risk zoning

天津市氣象局課題項(xiàng)目(201414)。

宋喃喃(1987- )，女，山東東營(yíng)人，助理工程師，碩士，從事雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃研究。

2014-12-17

S 429

A

0517-6611(2015)04-206-03