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基于闪电定位资料的宣城市雷电绕击率分析与区划

范文

何桂霞田青苏雷

摘要：采用宣城市2010—2018年ADTD型闪电定位系统监测的闪电资料，经质量控制后，利用Excel、VBA编制小程序统计小于1类、2类、3类防雷建筑物滚球半径对应的雷电流幅值概率，结果表明，宣城市建筑物按照规范1类、2类、3类防雷类别设计时，其绕击率分别为0.02%、0.44%、5.94%。因此，针对不同防雷类别，可利用plot函数绘制雷电绕击率区划分布图，以期为防雷减灾工作提供科学依据。

关键词：雷电;绕击率;区划;plot函数

中图分类号 TU976.55文献标识码 A文章编号 1007-7731（2020）11-0158-03

Analysis and Division of Lightning Strike Rate in Xuancheng City Based on Lightning Location Data

He Guixia et al.

（Xuancheng City Meteorological Bureau， Xuancheng 242000， China）

Abstract： Using Xuancheng city from 2010 to 2018， ADTD lightning lightning positioning system monitoring data， after quality control， using Excel and VBA to compile a small program to calculate the probability of lightning current amplitude corresponding to the rolling radius of type 1， type 2 and type 3 lightning protection buildings， it is concluded that when the buildings in Xuancheng are designed according to the type 1， type 2 and type 3 of the code， the around rate is respectively 0.02%， 0.44% and 5.94%. According to different types of lightning protection， Plot function is used to plot the partition distribution of the shielding failure rate due to lightning stroke， It provides scientific basis for lightning protection and disaster reduction.

Key words： Thunder and lightning; Around the rate;Zoning; Plot function

雷电灾害被联合国有关组织列为“最严重的10种自然灾害之一”。在中外历史记载中，雷击造成火灾、建筑物坍塌和人畜伤亡的记录不计其数[1-2]。宣城市隶属南北气候过渡带，境内襟山带水，地形呈南高北低，特殊的气候、复杂的地形，导致境内雷电活动频繁，雷电灾害时有发生[3]。在雷电灾害调查中发现，有的建筑物虽然安装了有效的直击雷防护措施，由于雷电绕击，在LPZ0B区（直击雷防护区）仍然会发生雷电灾害，如2014年9月2日宣城市医药有限公司门卫室屋面遭受雷击，该建筑物处于直击雷保护范围。因此，进行雷电绕击率的分析研究，对于科学有效地防雷具有十分重要的现实意义。

1 资料来源与统计方法

1.1 资料来源闪电资料来源于安徽省ADTD闪电监测系统，在合肥、蚌埠、阜阳、六安、安庆、宣城、黄山共布设了7套ADTD型闪电探测仪，组成闪电监测网（图1），并于2010年开始投入业务使用。ADTD型闪电监测系统的探测范围广、精度高，探测仪探测半径为100km，地闪位置在系统有效覆盖区域内误差小于1km。该系统实时监测闪电活动，有效地弥补了人工观测的不足，其监测参数见表1。近年来，随着闪电探测技术的不断发展完善，闪电资料已经应用于雷电监测预警、雷电灾害调查、雷电防护、灾害性天气的研究中[4-8]。

1.2 统计方法根据防雷规范所列公式，计算出不同防雷类别滚球半径所对应雷电流幅值，采用2010—2018年宣城市閃电资料，经质量控制后，利用Excel、VBA编制小程序统计分析小于不同防雷类别滚球半径所对应雷电流幅值的闪电次数及所占比率，即得绕击率。目前，国内外没有统一的质量控制方法，本研究采用IEEE工业组文件规定的质量控制方法，即“对于回击电流幅值应用范围的定义为2～200KA”，剔除雷电流幅值小于2KA的样本12个和大于200KA的样本1168个。

2 结果与分析

2010—2018年，宣城市共发生闪电331328次，其中负闪317615次、正闪13713次，负闪电占比95.9%。主要原因是大多数积雨云上部带正电荷，云体下部主要带负电荷[9]，云层与地面之间的放电大多为负闪电。

2.1 绕击率分析根据《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010第6.2.1.2条：“本区内的各物体不可能遭到大于所选滚球半径对应的雷电流直接雷击，以及本区内的雷击电磁场强度仍没有衰减时，应划分为LPZ0B区。”LPZ0B区即直击雷防护区。英国《建筑物防雷实用规范》（BS 6651-1999）第16.6.2条：“……另一方面，即使安装了专设接闪器，还是存在一个绕击问题，即比所规定的雷电流小的电流仍有可能穿越专设接闪器而绕击于屋顶的可能性。”，也就是说，LPZ0B区的各物体不可能遭到大于所选滚球半径对应的雷电流直接雷击，但小于该雷电流仍有可能会绕击。绕击是指雷电击中接闪器保护范围内的被保护物体上的直接雷击现象。绕击率是评价避雷针和避雷线对建筑物直击雷保护效果的重要指标[10-11]。由雷云向地面发展的先导放电通道头部到达击距（即滚球半径）位置以前，雷击点是不确定的，直到先导与地面物体的距离等于击距时，才开始定向，即对先到达其击距的物体放电。击距R（滚球半径）与雷电流幅值的关系式[12]：

根据2010—2018年宣城市闪电定位数据，经质量控制，剔除小于2KA的样本，统计得出小于5.42KA、10.11KA、15.75KA的概率（见表3）。由表3可知，宣城市建筑物按照1类、2类、3类防雷类别设计时，可能遭受绕击的概率分别为0.02%、0.44%、5.94%。对于一些重要的建筑物，需要提高防雷措施來防范绕击，可以通过缩少接闪网格、减小滚球半径、缩小均压环间距等加强防范。

2.2 绕击率区划按照1类、2类、3类防雷类别，利用plot函数绘制雷电绕击率区划分布图（见图2），图中黑色点区域即为存在绕击率的区域。图2（a）黑色点标记区域，主要分布在宣州区城区，涉及1类防雷类别建筑物均存在绕击的可能性，在防雷工程设计、施工时应注意提高防护措施;图2（b）黑色点标记区域，主要分布在宣州区、郎溪县、广德市的部分地区，涉及2类防雷类别建筑物均存在绕击的可能性，在防雷工程设计、施工时应注意提高防护措施;图2（c）黑色点标记区域，主要分布在宣州区、郎溪县、广德市、绩溪县、旌德县的西部、泾县的南部地区，涉及3类防雷类别建筑物均存在绕击的可能性，在一些重要或人员密集场所，如省级重点文物、学校等防雷工程设计、施工时需要提高防护措施。

3 结论

（1）宣城市2010—2018年共发生闪电331328次，其中，<5.42KA的闪电次数54次，占比0.02%;<10.11KA的闪电次数1451次，占比0.44%;<15.75KA的闪电次数19694次，占比5.94%。宣城市建筑物按照规范1类、2类、3类防雷类别设计时，绕击率分别为0.02%、0.44%、5.94%。

（2）利用plot函数绘制宣城市1类、2类、3类防雷类别绕击率区划分布图，结果表明，涉及1类防雷类别建筑物绕击率区域主要分布在宣州区城区;涉及2类防雷类别建筑物绕击率区域主要分布在宣州区、郎溪县、广德市的部分地区;涉及3类防雷类别建筑物绕击率区域主要分布在宣州区、郎溪县、广德市、绩溪县、旌德县的西部、泾县的南部地区。

参考文献

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[11]许颖.再析避雷针（线）防直击雷作用[J].广东电力，2005，18（12）：12-14.

[12]国家质量监督检验检疫总局.建筑物防雷设计规范GB50057-2010[S].北京：中国计划出版社，2011.

（责编：张宏民）

基金项目：宣城市气象科研基金项目（KY201902）。

作者简介：何桂霞（1972—），女，安徽黄山人，工程师，从事气象灾害防御和雷电防护技术研究工作。? 收稿日期：2020-04-20

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