在雷电风险地评估中气象数据地运用

在雷电风险的评估中气象数据的运用摘要：雷电风险的评估是自然灾害评估的一种，由于雷电风险的评估比较复杂，所受到的外界干扰因素比较多元化，以至于雷电灾害的评估具有很大的随机性和不确定，因此，如何利用掌握的气象数据进行雷电风险的评估，提高评估结果的精度，意义重大。本文从雷电风险评估的相关概念谈起，然后结合具体的实例项目，就雷电风险评估相关气象数据进行分析说明，最后就气象数据在雷电风险评估中的运用进行剖析。关键词：雷电风险评估气象数据运用Abstract:thelightningriskassessmentofnaturaldisasterassessmentofa,duetolightningriskassessmentaremorecomplex,theexternalfactorsthatcomparesaplurality,lightningdisasterassessmenthasgreatrandomnessanduncertainty,so,howtousethemeteorologicaldataoflightningriskassessment,improvetheassessmentresultsprecision,ofgreatsignificance.Thisarticlefromthelightningriskassessmentrelatedconcepts,andthencombinedwiththespecificexampleproject,onthelightningriskassessmentrelatedmeteorologicaldataanalysisshowsthat,themeteorologicaldatainlightningriskassessmentapplicationanalysis.Keywords:lightningriskassessmentusingmeteorologicaldata1．雷电风险评估概述1.1雷电风险评估的概念所谓的雷电风险评估就是通过分析雷电灾害的特征，对因雷电灾害可能导致的人员伤亡以及财产损失情况等进行综合风险计算，从而为建筑工程选址以及建筑防雷类别（等级）与防雷措施的确定等提出科学的具有可行性意见的一种评价方法。雷电风险评估通常采用相对值法，通过雷击概率和相对损失量计算得出一个或多个无量纲的风险值。1.2雷电风险评估的必要性雷电灾害是被联合国国际减灾相关组织所确定的世界最严重的十大自然灾害之一，其强大的电流、猛烈的冲击波、炙热的高温以及强烈的电磁辐射等物理效应能够在瞬间产生巨大的破坏作用，常常导致人员伤亡，击毁建筑物、供配电系统、通信设备中断以及引发火灾等，从而对人们的生命和财产安全和文化遗产构成严重威胁。近年来，雷电灾害随着社会信息化和电子化的发展变得日益广泛和显著。因此，加强雷电风险评估，建立完善的雷电防护体系十分必要。1.3雷电风险评估的目的和原则雷电风险评估需按照安全可靠、技术先进和经济合理的原则，通过相关气象资料及实地采集的数据，对相关的建筑工程项目所在地以及周围雷电活动环境进行科学计算及做出评估结论，提出相应的雷电防护建议及措施。2．雷电风险评估相关气象数据分析2.1实例项目所在区域的气象条件概况实例项目所在地区常年气候情况为：年平均最高气温31.4℃，年平均最低气温-17.02℃，年平均降水量817.7mm，年最大降雨量1158mm，年平均相对湿度71%，平均风速2.6m/s，年平均雷暴日43.9天／年。厂址地处亚热带高原型季风气候，雨量充沛，气候良好，夏无酷暑，冬无严寒，四季温差不大。每年11月至次年4月为干季，5至10月为雨季。2.2实例项目所在区域的雷电风险评估的相关气象数据分析2.2.1实例项目所在区域的闪电强度分析相关数据表明，实例项目所处区域的雷电流幅值在40kA--60kA的范围内，局部区域的雷电流幅值为50—60kA,项目周边区域有少数的雷电流幅值超过了80KA，说明该区域雷电活动发生时较为剧烈，遭受雷击时强度较大，可能造成雷灾的隐患也较大。2.2.2实例项目所在区域的闪电密度分析从下图图1中可以看出，实例项目所处区域的年平均雷电闪击密度相对周边区域较为稀疏，也就是说该区域雷电活动不是非常频繁，只在雨季天不时发生。图1实例项目所在区域2011年1～12月雷电密度分布图2.2.3实例项目所在区域雷击频数、雷击强度月分布分析图2实例项目所在区域2009年1～12月雷电强度分布图从上图图2中可以看出，项目所处区域的雷电活动多发生在5-9月，从历年资料可看出，6月闪电频次达到最大值。雷电强度集中在30-40KA范围内，3月偶有闪击出现，但强度相对较大，应注意防范。6月、7月闪电强度相对较大，与闪击频次分布趋势一致。3．气象数据在雷电风险评估中的运用3.1雷电风险评估中常用的气象数据说明雷电放电受气象条件、地形和地质等许多自然因素影响，带有很大的随机性，因而表征雷电特性的各种参数也就具有统计的性质。其中，雷电风险评估中常用的气象数据主要有雷暴日及雷暴小时、地面落雷密度以及雷电流波形等相关参数，以下将分别给予详细的说明。3.1.1雷暴日及雷暴小时雷暴日Td是指该地区平均一年内有雷电放电的平均天数，单位d/a。雷暴小时Th雷暴小时是指平均一年内的有雷电的小时数，单位h/a。雷暴日与该地区所在纬度、当地气象条件、地形地貌有关。相关统计数据表明Td<15时为少雷区；大于40时为多雷区；高于90时为强雷区。3.1.2地面落雷密度表征雷云对地放电的频繁程度以地面落雷密度r来表示，是指每一雷暴日每平方公里地面遭受雷击的次数。地面落雷密度和雷暴日的关系式为：按照DL/T620—1997标准，一般取Td=40为基准，则相应的r=0.07.3.1.3雷电流波形雷电流的幅值随各国自然条件的不同而差别较大，而测得的雷电流波形却基本一致.雷电流的波头在1～5us的范围内，多为2.5～2.6us；波尾多在20～100us的范围内，平均约为50us。3.2气象数据在雷电风险评估中的运用实例说明本文以下结合项目实例的雷电风险评估，就气象数据在雷电风险评估中的应用进行说明。3.2.1实例项目建筑物年预计雷击次数的计算实例项目建筑物年预计雷击次数的计算公式如下：N=kNgAe；Ng=0.024Td1.3；Ae={LW+2(L+W)·[H（200-H）]0.5+πH（200-H）}·10-6式中：N—建筑物年预计雷击次数（次/a）；k—校正系数，在一般情况下取1，在下列情况下取相应数值：位于旷野孤立的建筑物取2，金属屋面的砖木结构的建筑物取1.7，位于河边、湖边、山坡下或山地中土壤电阻率较小处，地下水露头处、土山顶部、山谷风口等处的建筑物，以及特别潮湿地带的建筑物取1.5，本实例项目建筑的k值取为1.5；Ng—建筑物所处地区雷击大地的年平均密度[次/（km2.a）]；Ae—建筑物等效截收面积（km2）；Td—年平均雷暴日数（d/a），一般根据当地气象台、站资料确定，这里取实例项目所在地区的年平均雷暴日数43.9天/年；L、W、H—建筑物最大长、宽、高。其中，实例项目建筑物年预计雷击次数N的计算如下：计算公式N=KNgAe，其中，K=1.5，Ng=3.28，Ae=0.011，计算可得N=1.5×3.28×0.011=0.054(次/年)。按照《建筑物防雷设计规范》中相关条款的规定，需要将实例项目建筑划分为第三类防雷建筑。3.2.2等效面积Ae的计算计等效面积Ae的计算方法应符合下列规定：（1）当建筑物的高H<100m时，其每边的扩大宽度（D）和等效面积（Ae）应按下列公式计算：式中：L、W、H分别为建筑物的长、宽、高（m）。（2）当建筑物的高H≧100m时，其每边的扩大宽高应按等于建筑物的高H计算；建筑物的等效面积应按下列确定：当建筑物各部位的高不同时，应沿建筑物周边逐点算出最大扩大宽度，其等效面积Ae应按每点最大扩大宽度外端的连接线所包围的面积计算。按上述计算公式，结合实例项目的实际情况，可以计算实例项目建筑的雷击闪电面积为：Ae＝LW＋6H（L＋W）＋9π（H）2＝24×24+6×56.3×(24+24)+9π×56.32＝106365.83(m2)由上述一系列计算公式可以看出，雷暴日及雷暴小时、地面落雷密度是计算建筑物年预计雷击次数的重要数据参数。因此，提高相关气象数据的精度对提高建筑物雷击次数的估算精确度具有至关重要的意义。结论：雷击风险评估是个综合、复杂的工程，以大量、繁杂的数据为基础，其中，一些常用的气象数据在雷击风险的评估中具有