结合闪电定位数据分析北京市同时间点几起雷击事故

2024-03-17王浩陈孟涵沈东波崔东凯汪悦陈晖俞勇佩霍沛东

科技资讯 2024年2期

王浩陈孟涵沈东波崔东凯汪悦陈晖俞勇佩霍沛东

摘要：準确及时的灾害调查事故分析有助于更好的了解雷击途径和方式。结合闪电定位资料，分析某区域的雷电概率分布，可判断认识雷电导致灾害的规律性，便于采取更有效的防护措施。该文通过对2022年5月24日北京市东城区同时间节点的三起雷击事故的详细分析，还原雷击过程，探究导致雷击的原因，提出相关解决方案，减少或避免以后类似雷电灾害事故的发生。对北京市东、西城区近年来的雷击数据统计分析，发现总的落雷走向大多在古河道或大致水位线，潮湿或水位高，其建筑物下的土壤电阻率较小。尤其在北侧护城河一带每年都会或多或少的发生雷击事故。我们认为，以上这些雷击规律虽是北京城区的，但颇具普遍性，因而对防雷、防火很有参考价值。周边现代建筑和各古建筑物的雷电灾害防护要引起足够重视，对其进行定期全面的防雷检测是必要的。

关键词：雷击闪电定位资料概率分布数据分析

中图分类号：P429

Analysis of Several Lightning Accidents at the Same Time in Beijing in Combination with Lightning Location Data

WANG Hao CHEN Menghan* SHEN Dongbo CUI Dongkai WANG Yue CHEN Hui

YU Yongpei HUO Peidong

（Beijing Meteorological Observation Center， Beijing， 100089 China）

Abstract： Accurate and timely disaster investigation and accident analysis can help to better understand the pathways and methods of lightning stroke. Combined lightning location data， analyzing the probability distribution of lightning in a certain area can judge and understand the law of disasters caused by lightning， which is convenient to taking more effective protective measures. This article provides a detailed analysis of three lightning accidents that occurred at the same time point in Dongcheng District， Beijing on May 24， 2022， restors the lightning process， explores the causes of lightning stroke， and proposes relevant solutions to reduce or avoid similar lightning disaster accidents in the future. Through the statistical analysis of lightning stroke data in the Doingcheng and Xicheng districts of Beijing in recent years， it is found that the overall direction of lightning stroke was mostly in old river channels or approximate water levels， which were wet or high water levels， the soil resistivity under their buildings was relatively low， and that especially in the area of northern moats， lightning accidents occured to some extent every year. We believe that although the above laws of lightning stroke are in the urban areas of Beijing， they are quite universal， so they are of great reference value for lightning protection and fire prevention. The lightning disaster protection of surrounding modern buildings and old buildings should be given sufficient attention， and it is necessary to conduct regular and comprehensive lightning protection tests on them.

Key Words： Lightning stroke; Lightning location data; Probability distribution; Data analysis

北京市是全國政治和文化中心，属暖温带半湿润大陆性季风气候，钱慕晖等［1］研究表明，北京市年均发生雷电灾害53.2起，直接经济损失超过300万元，所以利用最新资料对该地区展开雷电流幅值研究对保障首都安全具有重要意义。

以往对雷电灾害的研究主要分析了不同时段某一范围（全国或某省市）雷电灾害的分布特征［2-7］或研究了某一行业的雷电灾害规律［8-12］，而对北京市雷电灾害时空分布的研究较少［13］。本文利用雷电资料实时定位系统（ADTD6.0）的2016—2020年的云闪和地闪定位资料和北京地区的雷灾观测结果对闪电及雷电灾害的时空特征进行了分析。

1 所用数据

雷电资料应用平台（LDAP）是气象局2013年下发的雷电资料实时定位系统（ADTD6.0）的升级版本，其基于气象大数据云平台（天擎），实时自动收集雷电数据，并转存到本地数据库，实现对实时雷电数据的资料采集、存储、统计、显示等丰富功能，同时可自动生成多种雷电监测分析产品，本地雷电数据库还为用户执行进一步的统计分析提供了数据支持。该系统采用时差法和定向时差联合法对云地闪进行定位，能够区分闪电的正、负极性，定位精度在 500 m 以内［14］。

2 天气概况

2022年5月24日，受低压槽影响，北京市自西向东大部分地区出现多云转雷阵雨天气，局部地区雨量较大，雷电情况非常明显。根据气象学上的入夏标准，北京从5月17日开始连续5天的滑动平均气温已经稳定通过22°C，这意味着北京已于5月17日正式入夏。

一宣布入夏，北京5月24日就迎来了今夏的第一场降雨。多地雷声隆隆，傍晚时分，京城大部分地区经历了短时雷阵雨天气，局部雨量较大。

降雨来得快去的也快，从5月24日14：00-17：00，全市平均降雨量0.6 mm，城区平均0.4 mm。同时降雨带来的雷电也对市区造成了一定的影响。

3 个例分析

3.1 雷击事件1

北京市东城区某古建筑区域于2022年5月24日16：24-16：30分遭受雷击灾害。雷击造成中控室内的消防控制柜线路板被烧，配电柜内两套浪涌保护器被击损坏，建筑物内楼道10盏壁灯遭雷击坏。遭雷击后设备短时瘫痪，配电柜内浪涌保护器的柜内壁烧焦变黑。

古建筑群位于北京市东城区，建筑物周边地势较为平坦，古建筑自身较高（通身46.7 m），北侧为较空旷的广场，两座较高的古建筑周边1 000 m范围内无其他高大建筑物。

建筑物自身装有直击雷防护装置。室内中控室内配电柜内装有浪涌保护器（参数在雷击后无法识别）。因近期室内中控设备进行过升级改造工程，设备和配电设施相比之前检测有较大出入，中控室内消防控制柜等设施均未做好接地及等电位连接的处理。

先后对遭受雷击的部位：消防控制柜、配电柜等进行了测量雷击剩磁情况（如图1所示）。其中配电柜剩磁达到2.89 mT，消防控制柜剩磁为1.45 mT，根据《雷电灾害调查技术规范》（QX/T 103-2017），同时考虑雷击事发几天后才进的勘察现场情况。雷击剩磁会随着时间衰减等因素符合雷击剩磁判断标准。

3.2 雷击事件2

北京市东城区某公园于2022年5月24日16：24-16：27分遭受雷击灾害。雷击造成中控室内监控设备短时重启，园区内33个监控探头不同程度雷击损坏。

公园地势平坦，占地面积169 800 m2，其中湖水面积63 800 m2，树木1.6万株，属于现代公园。公园周边距离高大建筑物很远。

园区内公园管理处，水上乐园等建筑物安装了直击雷防护装置。室内安装有浪涌保护器。参数符合国家规范要求。

先后对室外所有监控探头杆进行接地电阻检测（如图2所示）。测得的结果为园区内无死角的各个监控探头杆共计82个均未接地处理。其中最低的接地电阻87Ω。连接设备的所有信号电源等线路未做屏蔽处理，有些线路埋地处理所用材质为PVC管。损坏的33个监控探头遍布公园内湖的一周（如图3所示）。也可以认为公园内湖10 m范围内的监控探头全部不同程度的雷击损坏。

3.3 雷击事件3

北京市东城区五四大街另一处国家级文物保护单位遭受雷击侵害。根据工作人员口述情况，2022年5月24日下午4点23分左右遭受雷击侵害后，门禁系统失效，无法控制。主要包含门禁影像识别设备，道闸控制器设备（如图4所示）。遭受雷击侵害后，全部安防监控设备丢失画面约30 s，经过分析，雷击造成POE网络交换机内部供电模块损坏。

根据现场观察结合工作人员介绍，雷击侵害发生后室内室外监控探头并未出现物理性损害，内部完好可以正常工作，经简单测试发现监控机房POE网络交换机内部供电模块损坏。在更换网络交换机后，监控系统可以正常工作。室外监控探头没有安装信号电涌保护器。

西平房监控设备机房内设置有防静电地板，地板下敷设等电位连接装置。通过监控室等电位端子箱接地。网络机柜内POE网络交换机未安装适配的信号电涌保护器。

东平房监控设备机房内没有防静电地板，没有等电位连接装置。POE网络交换机安装在墙挂式配电箱中，未安装适配的信号电涌保护器。

从图5可以看出，三起雷击事件呈竖向排列，间隔直线距离约1 km。雷击时间和空间距离均很接近。

4 结合LDAP系统数据分析

经过对LDAP系统中调取5月24日雷击时段的闪电监测数据，发现如下情况：5月24日从15：00-17：00之间，附近发生了183次云闪，35次地闪。16：20-16：30分间在以上同时間段的两个雷击点方圆5k半径范围内发生了2次地闪活动。分别为16：21：44发生的正地闪，强度为6.0361 KA；该日16：26：39发生的正地闪，强度为358.84 KA。根据对两个雷击现场工作人员的叙述情况和设备记录故障时间推测是16：26：39发生强度为358.84 KA的正地闪造成的雷击破坏。

将 2015 年 1 月—2016 年 12 月间发生的闪电按照逐月统计加权平均后表明，北京地区 6—9 月为闪电高发期，这4个月中发生的闪电平均占全年总闪电频数的 93.90%，且负闪数大于正闪数。闪电频数最大峰值出现在7月，占全年总闪电频数的42.20%。另外，正、负闪，云、地闪的变化趋势与总闪基本一致。北京地区夏季发生闪电频数占全年总闪电的 81.25%，且以云闪为主；秋季闪电频数较多，占全年总闪电数的13.34%，但闪电主要发生在9月；春季闪电仅占全年总闪电的5.39%；冬季几乎没有闪电发生［15］。

ADTD系统数据中针对2016年—2020年的数据进行分析，从中摘取一些比较有代表性的年份。在图6、图7、图8中可以直观对比出该地区闪电定位电的概率分布。在北京市东西城区的北部区域记录的正负地闪情况相对明显，尤其在北护城河一带正负地闪的情况在总体数据中较为集中。图钉标识为正地闪，旗标为负地闪。这次雷击过程的其中两起雷击事故点正好也在北护城河周边几百米范围内［16］。

6 分析雷击原因

根据《雷电灾害调查技术规范》（QX/T 103-2017）的技术要求，结合调查结果及灾情统计情况，此次雷击灾害等级为一般雷电灾害。

雷电感应产生强大电流沿线路进入配电柜和消防控制柜。造成浪涌保护器和线路板破坏，配电柜内的浪涌保护器被击坏。所在位置消防柜的柜内壁被烧焦变黑。同时在距离900 m远的公园内强大的雷电感应将沿湖周围的33个监控探头不同程度损坏，因为监控杆均未接地处理，又靠近湖水四周，所以感应雷电流破坏性较强。在相距不远的另一处文物保护单位受雷击侵害损坏的设备主要有3处：北门门禁道闸控制柜内部损坏、东侧和西侧平房监控设备机房网络机柜POE网络交换机供电模块损坏。

7 结论

从这次一场降雨的同时间点的三次雷电灾害中不难看出，感应雷击的破坏性很强。三起雷击事故点间隔的直线距离约1 000 m，发生时间点和闪电监测LDAP系统中记录的时间点相对吻合。虽然LDAP系统中记录的雷电流强度不是此次降雨过程中最大的一次地闪记录，整体数据来看也不是最强，但闪电监测LDAP系统中数据记录的落雷点周围的三起遭雷击现场都没有做好相应的防雷接地、等电位连接和线路屏蔽系统防雷措施。导致相关设备并没有受到应有的保护，均受损严重。

在北京近几年的雷击事件中比较多发的并不是直接雷击的情况，而是闪电打到距离很近的位置，在雷电电磁脉冲作用下，产生了感应电流，对电子设备造成损坏。

对北京市东西城区近年来的雷击数据统计分析，发现总的落雷走向大多都在古河道或大致水位线，其建筑物下的土壤电阻率较小，潮湿或水位高。尤其在北侧护城河一带每年都会或多或少的发生雷击事故。我们认为，以上这些雷击规律虽是北京城区的，但颇具普遍性，因而对防雷、防火很有参考价值。周边现代建筑和各古建筑物的雷电灾害防护要引起足够重视，对其进行定期全面的防雷检测是必要的。

参考文献

[1] 钱慕晖，李京校，李如箭，等.2005-2014 年北京市雷电灾害特征分析[J].气象与环境学报，2016，32（4）：126-131.

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