雷暴路径在雷击风险评估中的应用初探

３４卷３期　浙　江气象　３９　雷暴路径在雷击风险评估中的应用初探　王　芳　李　剑　张卫斌　（浙江省防雷中心，浙江杭州３１００１７）　摘要：落雷的强度、密度及其时空分布、雷暴路径是反映某～区域雷电活动规律的主要内容，目前对雷暴路　径的研究还较少，通过分析得出：地面物体遭雷击的概率与雷暴路径有关，位于雷暴路径上风方的物体更易　受雷击，在实际防雷工作中，要考虑雷暴路径对雷击点的影响，而不单是几何模型的关系。对位置因子的确　定，应结合雷暴路径的因素，考虑周围物体的影响，适当增加或降低雷击风险评估标准中给予的参考值。此　外，本文认为绕击现象并非仅与雷电流强度有关，还与雷暴路径密切相关。　关键词：雷暴路径；雷击风险评估；位置因子；绕击　０　引　言　１ｏｆ　作为研究的基础，该模型反映了击距与雷　电流的关系，在雷暴云发展过程中，随着雷暴云　ＧＢ５００５７－－２０１０（（建筑物防雷设计规范》¨　中电荷的不断集聚，雷云下部的云雾大气被击　在总则中提出，建筑物防雷设计，要在认真研究　穿，随着大气电场的进一步增强，云底的电荷与　雷电活动规律以及被保护物特点等的基础上进　空气分子发生碰撞，产生轻度的电离，形成向下　行，对某一区域而言，落雷的强度、密度及其时　发展梯级先导，当先导头部离地面一定距离时，　空分布、雷暴路径是反映该区域雷电活动规律　会发生“最后一击”击中地面上某一点，这就是　的主要内容，目前对前者的研究较多，而对雷暴　通常所说的雷击。发生“最后一击”时的距离称　路径研究及应用的文献则较少，马宏达在文　为击距（Ｒ），而在先导到达距大地或物体间隔　献　中指出，上世纪５０年代，浙江天目山气象　为　之前可以认为是随机的，当达到Ｒ时其走　站雷暴活动强烈，并造成多起雷击事故，根据观　向将受地物的影响。为分析方便，现以两个同　察，雷云总是从左侧的山头上袭来，因此他们于　等高度的建筑物为研究对象，并做出如下假设：　１９５７年在那里装设了一些避雷针，在雷雨时可　１）该区域地质条件相同，建筑物Ａ、Ｂ结构　观察到这些避雷针接闪，该气象站此后再没发　相同，材料相同，高度相等。　生过直击雷事故。王克　通过对送电线路雷击　２）雷云在经过该区域时，其电荷结构不会　跳闸事故的统计分析发现，线路雷击闪络的部　发生改变，且该区域内一定会落雷。　位与当地雷暴路径有密切关系。从笔者对雷电　３）先导头部（可视为一点）离哪一点（含物　灾害案例的研究分析中发现，对某些体量较大　体、地面）最先达到击距距离，就击于哪一点。　的单体，曾出现某些部位反复遭直接雷击的现　象，而在由多个高度相仿的单体组成的较大建　图１为雷云与建筑物Ａ、Ｂ之间的位置关系　筑群中，有些单体多次遭直接雷击，而有的单体　以及相对应的建筑物接闪概率图，其中雷云与　从未发生过雷击事故。本文尝试就雷暴路径对　建筑物位置关系分为３种，图中圆周为以建筑　雷击接闪概率和在雷击风险评估中的应用做些　物Ａ、Ｂ为雷击对象，击距Ｒ为半径的滚球在水　探讨。　平面上的投影。当雷云移近时，若先导头部在　圆周之外，则雷击地面，若与圆周相交，则表示　１　研究模型　地面和建筑物均有可能遭雷击，若在圆周之内，　我们利用简化的电气一几何模型Ｒ＝　则建筑物被击中。由图１可见：　１）雷云沿建筑物Ａ、Ｂ径向方向移动，当雷　收稿日期：２０１２—１２—２０　云靠近该区域的时候，则必然是处于上风方的　３４卷３期　浙　江　气　象　４１　３　应用个例　３．１雷暴路径分析　本例所用雷电监测资料来自于浙江省地闪　监测网，统计时间范围为２００７－－２０１０年，空间　范围为绍兴远东石化有限公司及其周围５　ｋｍ　半径的区域，将雷暴路径分为：正北（Ｎ）、东北　（ＮＥ）、正东（Ｅ）、东南（ＳＥ）、正南（Ｓ）、西南　（ＳＷ）、正西（Ｗ）、西北（ＮＷ）八个方向，利用各　次过程的每３０　ｍｉｎ的地闪空间演变图，分析雷　暴活动路径，若雷暴过程持续时间短，范围集　中，可利用每１０　ｍｉｎ的地闪演变图分析。　由浙江省雷电监测定位系统２００７－－２０１０　年地闪数据分析可得，绍兴远东石化有限公司　及其５　ｋｍ半径内共监测到１０４次雷暴过程，通　过对这１０４次雷暴过程的逐时地闪时空演变情　况进行统计，分析雷暴活动路径，结果可得：西　南方向（ＳＷ）３３次，正西方向（ｗ）２８次，西北方　向（ＮＷ）１７次，东北方向（ＮＥ）７次，东南方向　（ＳＥ）４次，正东方向（Ｅ）２次，正南方向（Ｓ）１　次。由此可见，雷暴路径在方向上分布是不均　等的，自西向东移动的雷暴过程共有７８次，占　总数的７５％，为雷暴路径的主导方向（见图３）。　此外，有ｌ２次雷暴过程活动路径无规则（Ｕ）。　３．２易遭雷击部位　通过以上分析可见，绍兴远东石化有限公　司及周围５　ｋｍ半径内，雷暴路径在方向上分布　是不均等的，主导方向为自西向东。厂区所在　地地形属于河ｔ：ｌ冲积平原，地势平坦，位置空　旷，公司厂区内有烟囱、生产装置等高大建筑以　及大量金属构件。位于厂区西部的高大建（构）　筑物更易遭雷击，其下风方的中部的高大建筑　遭雷击的概率小于西部，厂区东部建筑不易遭　雷击，可适当降低雷电防护的级别。　Ｎ　Ｗ　Ｅ　Ｓ　图３雷暴路径分布图　４　结　语　本文通过分析得出：地面物体遭雷击的概　率与雷暴路径有关，位于雷暴路径上风方的物　体更易受雷击，在实际防雷工作中，要考虑雷暴　路径对雷击点的影响，而不单是几何模型的关　系。对位置因子的确定，应结合雷暴路径的因　素，考虑周围物体的影响，适当增加或降低雷击　风险评估标准中给予的参考值。此外，本文还　提出绕击与雷暴路径有关。　参考文献：　［１］　机械工业联合会．ＧＢ５００５７—２０１０建筑物防雷设计规范　［ｓ］．北京：中国计划出版社，２０１１．　［２］　马宏达．山区电网防雷的新概念一区域性防雷［Ｊ］．电网　技术，１９９５，１９（７）：４３—４６．　［３】　王克．雷暴路径与雷击闪络［Ｊ］．电网技术，１９９０，１４（３）：　４３—４６．　［４］　全国雷电防护标准化技术委员会．ＧＢ／Ｔ　２１７１４．２—２Ｏ０８／　ＩＥＣ　６２３Ｏ５—２：２００６雷击风险详估标准［Ｓ］．北京：中国　标准出版社，２００８．