1 雷災概述
1.1 地域分布
在收集的76次雷災事件中, 出現最多的3個行業是住宅、辦公、農村, 分別為16、14、14次;其次是電力、交通、教育、制造、金融等行業;另有易燃易爆、廣電、通信、衛生等行業也有出現。從地域分布看, 市區 (含鶴城區和中方縣) 是雷災出現最多的區域, 共出現雷災30次, 占全市總數的40%?？h級區域中, 麻陽最多, 出現12次, 依次是溆浦7次、洪江市6次, 其他縣區均不足4次或以下。雷災造成8人死亡, 其中溆浦3人、通道2人, 芷江、靖州、新晃各1人。
市區雷災均出現在30 km半徑范圍, 其中城區15起、近郊7起、遠郊8起。雷災出現最多的行業是辦公9次, 住宅6次, 交通4次, 另有交通、農村、電力、學校、金融、通信、易燃易爆場所等也有雷災發生。
1.2 時間分布
市區雷災常出現在3-8月, 其中8月最多, 占31.6%, 依次是6月21.1%、5月17.1%、3月13.2%、4月9.2%、7月7.9%。從時段分布看, 主要集中在13:00-16:00, 共出現18次, 占60%, 最多出現15:00-16:00, 出現9次, 占30%。這與我國中部5省云地閃電時空分布特征基本一致[1]。
2 閃電密度與雷災的關系
2.1 雷災時刻與歷年閃電密度對比
市區30 km范圍歷年閃電密度為1.36次/ (a·km2) , 而雷災時刻的閃電密度要高得多。在不計重復的19次雷災閃電資料中, 雷災時刻閃電密度為0.034次/ (h·km2) 。其中災中1小時閃電密度最大, 為0.045次/ (h·km2) , 是歷年平均密度的292倍;災前1 h次之, 為0.037次/ (h·km2) ;災后1 h雷電減少為0.021次/ (h·km2) 。3 km范圍內, 90min前雷災地點沒有雷電記錄, 90 min內開始出現雷電, 災前30 min成倍增長, 至雷災發生時15 min, 閃電十分頻繁, 平均約4 min就有1次閃電發生, 雷災后15 min閃電跳崖式減少, 至2 h后閃電逐漸消失。
2.2 災點距離與閃電密度的關系
雷災時刻閃電密度的分布與相距雷災地點的距離密切相關。災前在距雷災地點14~22 km處有較強雷云形成并發生閃電, 密度為0.053次/ (h·km2) ;隨后, 雷云不斷加強, 閃電頻次加大, 并以約20 km/h的速度向雷災地點移動, 在雷災地點附近達到最大, 密度加大到0.253次/ (h·km2) ;雷災出現后0.5~1.5 h, 30 km范圍內閃電密度比較均勻, 沒有明顯的高值點。 (見圖1)
2.3 災點與閃電距離的關系
閃電距離是造成雷災的重要因素, 相距越近, 造成雷災的可能性越大。災中1 h, 43%的雷災在1 km內有閃電出現, 75%的雷災在2 km內有閃電出現, 所有雷災在5km范圍內有閃電出現。
3 閃電強度與雷災的關系
3.1 雷災時刻與歷年閃電強度的對比
雷電強度是指一次雷電過程交換電量的多少, 數值越大, 強度越強, 破壞力也越大[2]。懷化歷年30 km范圍平均閃電強度42 ka, 其中正閃64ka, 負閃41 ka。雷災時刻30 km閃電強度要比歷年平均高16.4%, 為48.9 ka。各距離段的最強雷電以災中時段最強, 離雷災點15 km內均超過300 ka, 平均為377.7 ka, 而災前或災后最強雷電有高有低, 平均為151.5 ka和248.3 ka。
3.2 災點距離與閃電強度的關系
災前強雷中心位于離雷災地點21~24 km處, 有離雷災地點越近, 閃電強度越低的趨勢。災中時刻, 離雷災地點越近, 則雷電越強, 最強處位于雷災地點3 km內, 平均強度為57.9 ka, 從雷災中心到12 km處, 閃電強度逐漸減弱至43~50 ka。災后強雷中心由雷災中心移至12 km處并達到最強為78.2 ka。簡單地說, 災前1 h, 在雷災地點21~24km處有強雷中心出現;災中1 h, 強雷中心移至雷災地點3km以內;災后1 h, 強雷中心移至雷災地點12 km以外。
4 雷災成因分析
4.1 城市建設對雷災形成的影響
據研究, 城鎮化建設使懷化城區面積較2007年增長1倍, 因為城區熱島效應及水汽的缺少, 使雷電的發生在城區中心上空變得更加困難, 而在城郊15~30 km范圍內, 來自城區的上升氣流在這里下沉, 來自鄉村的潮濕空氣更容易將大氣中的電荷傳導至大地[3], 遇到適合的電荷釋放機制, 便可以形成雷電, 從而出現城郊雷電密度高于城市中心的現象。這也是懷化城郊雷災多于全市平均的重要原因。
4.2 電器的普及增加了雷擊風險
城市快速擴展, 人口對應增加, 電器高度普及。隨著電子設備總量的增長, 電器遭受雷擊的風險也在增加。30次雷災事件中, 僅有2次沒有電器受損, 93%的雷災伴有電器受損。
4.3 防雷設施的缺損
防雷設施的缺損是導致雷災的主要原因。在雷災事件中, 90%以上是沒有安裝防雷設施或設施損壞。只有極少數是因為雷電強度大、頻次高導致雷災出現。2015年, 市防雷中心檢測222個場所, 發現147處缺少SPD、21處SPD損壞、11處避雷帶或引下線銹蝕斷裂、61處接地電阻偏大、3處缺少匯流銅排、37處設備未做防雷接地和9處其它問題。常規檢測的場所尚存在如此多的問題, 而未做年檢或根本就沒有安裝防雷設施的場所問題會更多。
5 結語
通過對雷災事件特征和雷電特征的綜合分析, 找出了懷化雷災發生時刻雷電密度加大, 強度增強, 并隨時間、距離發生變化的規律。結合防雷安全檢測實況, 指出了懷化雷災形成的主要原因, 為防雷服務提供了客觀的分析資料。
摘要：根據2008-2015年懷化城郊30 km半徑雷災資料, 以雷災發生地為中心, 30 km為半徑, 取雷災發生前、中、后各1 h閃電資料, 結合城市建設與防雷安全檢測情況, 對雷災特征及成因進行分析。結果表明:雷災發生時刻, 閃電密度逐漸加大, 強度增強, 并隨時間和距離發生變化;城市化建設、電器的大量增加以及防雷設施的缺損是導致城區雷災多于全市的主要原因。
關鍵詞：雷電災害,時空分布,成因,湖南省懷化市
參考文獻
[1] 成勤.我國中部五省云地閃電時空分布特征分析[J].暴雨災害, 2011, 30 (3) .
[2] 薛德鋒, 張東升, 曾力.懷化城市建設對雷電活動的影響[J].自然科學, 2015 (12) .
[3] 袁立新.雷電的生成、運行和避雷[J]吉林師范大學學報:自然科學版, 2011 (4) .