基于天津各行政区的雷电风险区划初探

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摘要 根据天津地区2008～2012年闪电监测资料和雷电灾害统计资料，分析了天津地区闪电活动规律及雷电灾害分布特征。在未考虑下垫面的基础上，利用分级统计法对天津各行政区雷电风险进行区划，并用Ward’s聚类分析进行对比验证，发现2种分类结果基本一致，蓟县雷电灾害风险极高，武清次之，其他区域雷电风险相对较小。通过对各行政区域雷电的综合分析，可为天津地区细化“雷电风险区域划分”及特定地点的“雷电灾害风险评估”提供参考，并为天津各行政区域未来发展规划提供决策依据。

关键词 闪电特征；雷电灾害；风险区划

中图分类号 S429 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2015）04-206-03

雷电是自然界最常见的一种放电现象，强大的电流、炽热的高温、强烈的电磁辐射等往往会造成人员伤亡、建筑物损坏。随着人们生活的日益现代化，电子、电气设备的普遍应用，雷灾事故呈逐年上升趋势。因此，雷电灾害受到越来越多学者的关注和研究[1-3]。如殷娴等根据江苏省雷电灾害资料、雷暴日资料以及地闪资料，分析了江苏省雷电灾害分布特征[1]；郭虎等根据北京地区闪电资料和雷电灾害资料综合分析了该地区雷电灾害易损特征，并得出北京市雷电灾害易损度评价结构[3]。

天津地区属暖温带半湿润季风性气候，临近渤海湾，受海洋气候影响明显，年平均雷暴日高达29.8 d，雷电灾害频繁发生。仅2012年，天津地区发生雷电灾害20余起，并有2起雷电灾害引发火灾，造成经济损失高达844.2万元。笔者在此根据该地区2008～2012年闪电监测资料和雷电灾害统计资料，对天津各行政区雷电灾害风险进行研究。

1 资料与方法

天津地区雷电活动较频繁，该研究资料取自2008～2012年闪电定位仪监测资料（取自天津大港站），并进行一定处理。闪电强度绝对值小于10 kA的被认为是云闪[4]，且大于300 kA的闪电较少[5]，故在资料处理时将此部分剔除。统计2008～2012年天津地区发生的闪电总数、正负闪数，并利用克里格插值法将天津地区划分为0.1°×0.1°网格，统计网格内闪电的发生次数，获得闪电密度分布[6]。

2 天津地区雷电特征分析

2.1 闪电年际变化分析 经统计发现（图1），天津地区2008～2012年发生闪电共计11万余次，其中正闪6 018次，负闪102 066次，正负闪比例约为1∶17；负闪与总闪的变化趋势相近，正闪占总闪的比例非常小；年际变化规律中，2008年发生闪电次数最多，2009年发生闪电次数最少，2009年以后呈逐年上升趋势，2012年较2011年略有下降。

2.2 闪电密度空间分布特征 将天津地区划分为0.1°×0.1°网格，统计网格内闪电的发生次数，绘制天津地区闪电空间密度分布。从图2可以看出，天津地区闪电密度分布呈北高南低趋势，且沿海地区高于内陆地区；其中最大值出现在天津西北部武清区，为3.32次/（km2·a），次大值出现在天津北部宝坻区，为3.11次/（km2·a），南部地区闪电密度相对较小。

图2 2008～2012年天津地区地闪密度空间分布

根据天津地区闪电密度空间分布绘制区域闪电密度分布图。从图3可以看出，天津地区闪电密度区域分布呈从北向南逐渐降低的趋势。其中蓟县最高，宝坻、武清区次之，滨海新区和静海县闪电密度相对较小。分析闪电这一局地特征分布的主要原因为：蓟县位于燕山山脉南部，暖湿气流容易在迎风坡造成气旋性辐合，当伴有足够的动力抬升、水汽符合条件时，并加之地形的推动作用，促成了雷电的发生、发展；而南部地区多以平原和洼地为主，不利于闪电的孕育，因而闪电活动较少。

图3 2008～2012年天津地区地闪密度区域分布

3 天津地区雷电灾害特征分析

根据2008～2012年《全国雷电灾害资料汇编》统计，发现

2008～2012年天津地区雷电灾害年际变化趋势呈2个波峰1个波谷型：2008雷灾总数较少，2009年达到波峰，2010年下降，2011年有所回升，2012年雷灾总数又减少（图4）。研究2008～2012年雷电灾害统计资料，发现天津地区5年间发生雷电灾害共计160余起，经济损失高达1 200万元。其中，发生于农村的雷电灾害约占56.44%，发生于城市中的雷电灾害占43.56%；分析雷电灾害的行业分布发现，居民用户遭受雷击的概率约为79.13%，电力行业遭受雷击的概率为6.47%，石油、化工行业遭受雷击的概率为4.32%，约10.08%的雷电灾害分布于其他行业中；设备损害类型中以微电子设备和家用电器损害居多，高达88.28%。

从图5可以看出，蓟县、北辰、东丽区遭受雷击的频度较大，武清、西青、静海次之；大港区属工业重地，遭受雷击的频度相对较高；其他区域遭受雷电灾害的概率则比较小，特别是宁河、津南区，几乎没有。对比图5与图3发现，天津地区雷电灾害与自然雷电活动有一定的关系（如蓟县、武清呈正相关），又不完全受雷电活动所影响（如宝坻、宁河等呈负相关），在北京、江苏等[1，3，7]地区均有上述现象存在。

4 天津各行政区雷电风险区划

4.1 雷电风险区划参数的选择 根据天津地区2008～2012年闪电监测资料和雷电灾害统计资料，以天津行政区内13个区县（市六区为一个单元）为基本分析单元，选用雷击年平均密度、雷灾年平均密度、年经济损失额度和年人员伤亡数4个参数，在未考虑下垫面的前提下，综合分析天津各行政区域的雷电风险特点。雷击年平均密度（E1）是指区域单位面积上雷击大地的年平均次数，单位为次/（km2·a），此结果根据闪电定位仪监测资料确定；

雷灾年平均密度（E2）指区域内发生雷电灾害的年平均次数，可以用“N年区域雷灾次数/n”确定，单位为次/a；年经济损失额度（E3）是指一段时间内区域单位面积上的雷灾经济损失数额，可以用“区域雷灾经济损失数额/区域面积”确定，单位为万元/100km2；年人员伤亡数（E4）是指一段时间内区域单位面积上的雷灾中人员伤亡数，可以用“区域雷灾人员伤亡数/区域面积”确定，单位为人/1 000km2。

根据上述定义，统计得到天津各行政区内的雷电风险指数如表1所示。采用气象学统计分析中的分级统计法[8]，对天津各行政区内的雷电风险平均特征进行分析，将风险指数划分为极高（1.0）、高（0.8）、中（0.5）、低（0.2）和极低（0）5个等级得表2；并将天津各行政区划分为极低风险区、低风险区、中风险区、高风险区和极高风险区5个不同等级的风险区域。

4.2 雷电风险区划结果 对综合评价结果（表2）进行分级统计，得出塘沽、汉沽、大港、津南、宁河为极低风险区，东丽、市六区、西青为低风险区，静海、宝坻、北辰为中风险区，武清为高风险区，蓟县为极高风险区。利用聚类分析中的Ward’s法对分级统计结果进行验证，极低风险区、低风险区、中风险区、高风险区和极高风险区的分类结果分别为{塘沽、汉沽、大港、津南、宁河}、{东丽、市六区、西青}、{静海、北辰}、{武清}、{宝坻、蓟县}。

对比2种分类结果发现，除宝坻的分类结果稍有偏差外，其他分类结果均相同。分析宝坻地区风险值，总风险值1.7，平均风险值E为0.425，低于武清对应的风险值，可见利用分级统计进行风险区划的结果较为可靠。根据分级统计区划结果绘制天津各行政区的雷电风险区划图如图6所示。

5 结论与讨论

（1） 天津地区2008～2012年间发生闪电共计11万余次，正负闪比例约为1∶17；闪电密度空间分布呈北高南低趋势，蓟县最高，宝坻、武清区次之，滨海新区和静海县闪电密度相对较小。

（2） 天津地区2008～2012年间发生雷电灾害共计160余起，经济损失高达1 200万元；雷电灾害地区分布中农村高于城市，行业分布中居民用户所占比例最高，电力行业和石油化工行业次之，设备损害类型中以微电子设备居多。

（3） 利用分级统计法得到天津各行政区的雷电风险区划结果，该结果表明蓟县雷电灾害风险极高，武清次之，其他区域雷电风险相对较小，利用Ward’s聚类分析对比验证，发现结果可靠。

（4）该研究是在未考虑天津地区下垫面的前提下，得到了天津各行政区的雷电风险区划结果，该结果可为天津地区细化“雷电风险区域划分”及特定地点的“雷电灾害风险评估”提供参考，并为天津各行政区域未来的发展规划提供决策依据。在以后的工作中，会尝试加入下垫面因素，对天津地区雷电风险特征进行更为细致的研究。

参考文献

[1]殷娴，肖稳安，冯民学.区域雷灾分布特征及易损度区划[J].气象科技，2009，37（2）：216-220.

[2] 严春银，吴高学，朱建章.区域雷灾易损性及其区划的实证分析[J].气象与环境学报，2007，23（1）：17-21.

[3] 郭虎，熊亚军.北京市雷电灾害易损性分析、评估及易损度区划[J].应用气象学报，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，肖稳安，冯民学，等.闪电定位仪观测结果的修订分析[J].华东电力，2008， 36（6）：38-42.

[6] 周明薇.邵阳地区雷电活动规律及其预报研究[D].南京：南京信息工程大学，2013.

[7] 蒋勇军，况明生，匡鸿海，等.区域易损性分析、评估及易损区划[J].灾害学，2001，16（3）：59-61.

[8]宋喃喃.闪电时程研究及区域雷电风险分析[D].南京：南京信息工程大学，2013.

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