论文部分内容阅读
摘 要：雷电密度是防雷工程设计以及雷电分布特征重要的一个参数，目前对雷电密度的确定有两种方式，一种是应用经验公式推算，另一种是根据气象台站的仪器测量的观测数据得出。无论是采用哪种形式，都需要应用当地气象台站的气象观测资料，由于观测手段的差异，导致得出雷电密度的数值也存在差异。通过对经验公式方法和仪器测量法缺点的分析，可以得出仪器测量法较为准确，但是由于两种方法都有缺点，提出在实际应用中两者相互修正才能达到与实际情况相近的结果。
关键词：雷电密度 雷暴日 仪器
中图分类号：TM862 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）10（c）-0038-01]
雷电是发生在大气中瞬时放电现象，雷电具有强电流，高温和强烈的电磁辐射等特性，具有极大的破坏力。随着经济的发展，特别是城市规模急剧扩张，人口集中、电子信息设备增多，受雷电灾害的人员和财产损失越来越大，对城市公共安全和经济社会发展的影响和威胁日益加剧[1-2]。掌握雷电密度、雷电电流强度、雷电流陡度、回击次数、辐射场强等参数，对防雷设计和雷电物理研究都有重要意义。而雷电的地理分布特征能够在一定程度上反映某地的强对流天气的变化情况，确定了雷电密度的分布情况，也就掌握了雷电的地理分布特征。
1 雷电密度的定义
每年每平方公里上发生的总闪电次数，定义为雷电密度，也就是雷击大地的年平均密度。如果该值是准确的，则能够较精确的反映全年雷电活动的多少。
2 雷击大地的年平均密度的确定方式
按照《建筑物防雷设计规范》（GB50057-2010）的规定，雷击大地的年平均密度首先应按当地气象台、站资料确定；若无此资料，可按下式计算：
Ng=0.1×Td （1）
其中，—雷击大地的年平均密度，单位：次/km2/a；— 年平均雷暴日，根据当地台、站资料确定，单位：天/年。也就是说，雷击大地的年平均密度的获取方式一是由当地气象台站直接提供的雷电密度的资料，二是根据当地台站的年平均雷暴日数的资料应用经验公式确定。
3 两种方式获取的雷电密度的差异
获取雷电密度方式有两种情况，那么这两种情况下获取的雷电密度有何差异呢？为解决这一问题，就需要了解气象台站观测雷电密度的具体做法。以往对雷电的观测只能通过雷声的判断来记录雷电的发生，而雷是指“闪电通道急剧膨胀产生的冲击波退化而成的声波，表现为伴随闪电现象发生的隆隆声”。按照世界气象组织给出的定义，在本站听到雷声的观测日叫做雷暴日。
当观测员在一天中听到一次雷声则记为一个雷暴日，所以大部分的观测记录都只记录了雷暴日这一参数，多年雷暴日的平均记为年平均雷暴日。所以，当对雷电的观测只有雷暴日这一参数时，气象台站也就不能直接给出本地区的雷电密度，也只能通过经验公式推算。
随着科技的发展，使得仪器观测雷电发生的次数、位置成为可能，现在全国各个省的气象部门大都布置了覆盖全省的闪电定位系统。闪电定位系统是一套云地闪探测系统，能够实时对云地闪的发生位置进行定位。闪电发生的时候都会向外辐射电磁波，通过人们对大量观测数据的统计发现，云地闪辐射的电磁波有其固有的特征，正是基于这一原理，通过设置多个探测点，检测波形特征点到达每个探测站的准确时间，从而实现对云地闪的精确定位。 某一区域记录到的闪电次数除以这一地区的面积就得到了该地区的雷电密度。
3.1 经验公式推导方法的缺点
经验公式推导方法需用到雷暴日这一参数，而雷暴日的确定是根据观测员的听力为基础的，由于人的听力有限，观测员之间的听力也存在差异，大体上雷声的可闻距离一般是以观测站为中心，周边15 km至20 km左右的范围。而观测站的布置分散，使得雷暴日数并不能完全代表该地区整个范围内的雷电活动情况。
经验公式推导中公式的系数也存在疑惑，在《建筑物防雷设计规范》2000版本中，这一公式也是以雷暴日数为计算雷电密度的参数，但是确定方法不同，2000版本中，计算公式为Ng=0.024×Td1.3，到2010版本中改为Ng=0.1×Td，而这两个经验公式哪一个更符合本地区真实的雷电密度的情况，可能不同地区有不同的情况。所以《建筑物防雷设计规范》中给出的经验公式更像一个指导公式，也是在不能够精确获得当地雷电密度下的一个粗略的公式。
3.2 仪器测量方法的缺点
仪器测量虽能较为精确的测量雷电发生的时间、落雷的地点、雷电流的幅值、落雷极性等，但是目前大多数的仪器测量的均为云地闪，忽略了云闪。仪器布网的时间一般都不长，并不能代表多年的平均值。
此外，当计算某一地区的雷电密度时，需要先确定区域的大小，统计区域内落雷的次数，用落雷次数除以区域的面积才能得到雷电密度。如图1所示。
假设要计算图中“十字”处的雷电密度，选取实线矩形框和虚线矩形框内的雷击次数然后除以各自的矩形面积得到的雷击密度是不同的。所以当从气象台站直接获取雷电密度资料时应明确网格尺寸的大小。
4 结论
雷电密度是反映雷电活动强弱的一项重要参数，获取准确的雷电密度值，对雷电防护工程设计以及了解某一地区的雷电活动情况都有很大的指导意义。经验公式推算法和应用闪电定位仪器测量的方法确定雷电密度都有各自的优缺点，而都与实际中的雷电密度存在差异，这就需要在获取雷电密度参数时，要认真分析可能引起误差的原因，从而纠正以期达到与实际较为贴近的数值。随着仪器精度、定位方法的改进，以及资料的积累，仪器测量法越来越受到青睐。但两种方法均存在缺点，采用两种方法相互修正或许更能接近实际情况。
参考文献
[1] 袁铁，郄秀书.卫星观测到的我国闪电活动的时空分布特征.高原气象，2004， 23（4）：488—494.
[2] 冯民学，罗慧，焦雪.闪电定位资料对仪征储油罐雷灾成因的分析应用.气象科学，2007，27（6）：679—684.
[3] 陈星宇，周凤芸，林英鉴，等.烟台地区雷电流的幅值分布特征分析[J].安徽农业科学，2014，42（7）：2072-2073，2082.
关键词：雷电密度 雷暴日 仪器
中图分类号：TM862 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）10（c）-0038-01]
雷电是发生在大气中瞬时放电现象，雷电具有强电流，高温和强烈的电磁辐射等特性，具有极大的破坏力。随着经济的发展，特别是城市规模急剧扩张，人口集中、电子信息设备增多，受雷电灾害的人员和财产损失越来越大，对城市公共安全和经济社会发展的影响和威胁日益加剧[1-2]。掌握雷电密度、雷电电流强度、雷电流陡度、回击次数、辐射场强等参数，对防雷设计和雷电物理研究都有重要意义。而雷电的地理分布特征能够在一定程度上反映某地的强对流天气的变化情况，确定了雷电密度的分布情况，也就掌握了雷电的地理分布特征。
1 雷电密度的定义
每年每平方公里上发生的总闪电次数，定义为雷电密度，也就是雷击大地的年平均密度。如果该值是准确的，则能够较精确的反映全年雷电活动的多少。
2 雷击大地的年平均密度的确定方式
按照《建筑物防雷设计规范》（GB50057-2010）的规定，雷击大地的年平均密度首先应按当地气象台、站资料确定；若无此资料，可按下式计算：
Ng=0.1×Td （1）
其中，—雷击大地的年平均密度，单位：次/km2/a；— 年平均雷暴日，根据当地台、站资料确定，单位：天/年。也就是说，雷击大地的年平均密度的获取方式一是由当地气象台站直接提供的雷电密度的资料，二是根据当地台站的年平均雷暴日数的资料应用经验公式确定。
3 两种方式获取的雷电密度的差异
获取雷电密度方式有两种情况，那么这两种情况下获取的雷电密度有何差异呢？为解决这一问题，就需要了解气象台站观测雷电密度的具体做法。以往对雷电的观测只能通过雷声的判断来记录雷电的发生，而雷是指“闪电通道急剧膨胀产生的冲击波退化而成的声波，表现为伴随闪电现象发生的隆隆声”。按照世界气象组织给出的定义，在本站听到雷声的观测日叫做雷暴日。
当观测员在一天中听到一次雷声则记为一个雷暴日，所以大部分的观测记录都只记录了雷暴日这一参数，多年雷暴日的平均记为年平均雷暴日。所以，当对雷电的观测只有雷暴日这一参数时，气象台站也就不能直接给出本地区的雷电密度，也只能通过经验公式推算。
随着科技的发展，使得仪器观测雷电发生的次数、位置成为可能，现在全国各个省的气象部门大都布置了覆盖全省的闪电定位系统。闪电定位系统是一套云地闪探测系统，能够实时对云地闪的发生位置进行定位。闪电发生的时候都会向外辐射电磁波，通过人们对大量观测数据的统计发现，云地闪辐射的电磁波有其固有的特征，正是基于这一原理，通过设置多个探测点，检测波形特征点到达每个探测站的准确时间，从而实现对云地闪的精确定位。 某一区域记录到的闪电次数除以这一地区的面积就得到了该地区的雷电密度。
3.1 经验公式推导方法的缺点
经验公式推导方法需用到雷暴日这一参数，而雷暴日的确定是根据观测员的听力为基础的，由于人的听力有限，观测员之间的听力也存在差异，大体上雷声的可闻距离一般是以观测站为中心，周边15 km至20 km左右的范围。而观测站的布置分散，使得雷暴日数并不能完全代表该地区整个范围内的雷电活动情况。
经验公式推导中公式的系数也存在疑惑，在《建筑物防雷设计规范》2000版本中，这一公式也是以雷暴日数为计算雷电密度的参数，但是确定方法不同，2000版本中，计算公式为Ng=0.024×Td1.3，到2010版本中改为Ng=0.1×Td，而这两个经验公式哪一个更符合本地区真实的雷电密度的情况，可能不同地区有不同的情况。所以《建筑物防雷设计规范》中给出的经验公式更像一个指导公式，也是在不能够精确获得当地雷电密度下的一个粗略的公式。
3.2 仪器测量方法的缺点
仪器测量虽能较为精确的测量雷电发生的时间、落雷的地点、雷电流的幅值、落雷极性等，但是目前大多数的仪器测量的均为云地闪，忽略了云闪。仪器布网的时间一般都不长，并不能代表多年的平均值。
此外，当计算某一地区的雷电密度时，需要先确定区域的大小，统计区域内落雷的次数，用落雷次数除以区域的面积才能得到雷电密度。如图1所示。
假设要计算图中“十字”处的雷电密度，选取实线矩形框和虚线矩形框内的雷击次数然后除以各自的矩形面积得到的雷击密度是不同的。所以当从气象台站直接获取雷电密度资料时应明确网格尺寸的大小。
4 结论
雷电密度是反映雷电活动强弱的一项重要参数，获取准确的雷电密度值，对雷电防护工程设计以及了解某一地区的雷电活动情况都有很大的指导意义。经验公式推算法和应用闪电定位仪器测量的方法确定雷电密度都有各自的优缺点，而都与实际中的雷电密度存在差异，这就需要在获取雷电密度参数时，要认真分析可能引起误差的原因，从而纠正以期达到与实际较为贴近的数值。随着仪器精度、定位方法的改进，以及资料的积累，仪器测量法越来越受到青睐。但两种方法均存在缺点，采用两种方法相互修正或许更能接近实际情况。
参考文献
[1] 袁铁，郄秀书.卫星观测到的我国闪电活动的时空分布特征.高原气象，2004， 23（4）：488—494.
[2] 冯民学，罗慧，焦雪.闪电定位资料对仪征储油罐雷灾成因的分析应用.气象科学，2007，27（6）：679—684.
[3] 陈星宇，周凤芸，林英鉴，等.烟台地区雷电流的幅值分布特征分析[J].安徽农业科学，2014，42（7）：2072-2073，2082.