摘要 根據(jù)河南省2007—2016年雷電災(zāi)害資料，分析了河南省123個(gè)縣級行政單位的雷電災(zāi)分布特征，討論了雷災(zāi)分布與地閃分布的關(guān)系，并從雷災(zāi)記錄中提取了3個(gè)災(zāi)度指標(biāo)，利用熵權(quán)綜合評價(jià)模型對河南省123個(gè)縣級行政單位的區(qū)域雷電災(zāi)情進(jìn)行評估，對雷電災(zāi)害災(zāi)度空間分布做了等級劃分。結(jié)果表明，2006、2007、2008和2011年為雷電災(zāi)害高發(fā)年份;全省的雷災(zāi)主要集中在6—8月，8月最多;城市的雷災(zāi)次數(shù)明顯多于鄉(xiāng)村地區(qū);電力、通訊、石化、金融和文教為全省主要雷電災(zāi)害損失行業(yè)。綜合災(zāi)情指數(shù)G分布反映了不同地區(qū)受雷電災(zāi)害的嚴(yán)重程度，其中焦作市區(qū)、濟(jì)源市區(qū)、鶴壁市區(qū)、信陽市區(qū)、商水縣、浚縣、開封市祥符區(qū)（原開封縣）和方城縣為受災(zāi)較重的地區(qū)。該文為區(qū)域防雷減災(zāi)規(guī)劃提供了科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞 雷電災(zāi)害;雷災(zāi)特征;災(zāi)度;熵權(quán)綜合評價(jià)模型

中圖分類號：P429 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-3305（2019）05-032-04

DOI： 10.19383/j.cnki.nyzhyj.2019.05.015

Characteristics Analysis and Regional Damage Evaluation of Lightning Disaster in Henan Province

CHENG Li-dan（Henan Meteorological Disaster Prevention Technology Center，Zhengzhou，Henan 450003）

Abstract According to the lightning data from 2007 to 2016 and disaster data in Henan Province，the distribution of lightning disasters in 123 counties of Henan Province was analyzed，and the relationship between the distribution of lightning disasters and ground flashes was discussed. Three evaluation indices were selected to present a comprehensive assessment for the lightning disasters in 123 counties of Henan Province，with the entropy weight synthetic evaluation model used for natural disaster assessment. Comprehensive disaster index G of 123 counties was divided into 4 levels. The results showed that 2006，2007，2008 and 2011 were the high incidence years of lightning disasters. Lightning disasters mostly occurred in June，July and August. Cities suffered from more lightning disasters than villages. Power，communication，petrochemical，financial and cultural industries were the main lightning disaster loss industries in Henan Province. The distribution of comprehensive disaster index G reflected the severity of lightning disaster in different areas. Jiaozuo City，Jiyuan City，Hebi City，Xinyang City，Shangshui County，Junxian County，Xiangfu District of Kaifeng City （formerly Kaifeng County） and Fangcheng County were heavy lightning disaster areas. This paper provided a scientific basis for regional lightning protection and disaster reduction planning.

Key words? ?Lightning disaster;Characteristics of lightning disaster;Disaster degree;Entropy weight synthetic evaluation model

雷電災(zāi)害是聯(lián)合國公布的10種最嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一，也是目前我國十大自然災(zāi)害之一，被稱為“電子時(shí)代的一大公害”。近年來，隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，以及耐壓水平低、價(jià)值高的微電子設(shè)備的廣泛應(yīng)用，雷電危害造成的損失和影響也越來越大。據(jù)保守估計(jì)，我國每年因雷電災(zāi)害造成的直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)數(shù)億元，而由此造成的間接經(jīng)濟(jì)損失則難以估計(jì)[1]。隨著我國經(jīng)濟(jì)和現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，雷電災(zāi)害所造成的社會損失也日益凸顯，因此研究雷電災(zāi)害特征和進(jìn)行災(zāi)情評估對于防雷減災(zāi)工作具有重要意義。

近年來，國內(nèi)的不少學(xué)者對區(qū)域性雷電災(zāi)害特征和災(zāi)情評估進(jìn)行了研究分析，馬宗晉等根據(jù)我國自然災(zāi)害的實(shí)際情況，提出了“災(zāi)度”概念，并用自然災(zāi)害的災(zāi)度等級判別方法來進(jìn)行災(zāi)情評估[2];張?zhí)m生等將致災(zāi)因子、承災(zāi)體等7個(gè)因子進(jìn)行綜合，得到全國6個(gè)地區(qū)26個(gè)區(qū)93個(gè)小區(qū)的災(zāi)害區(qū)劃方案[3];高燚等通過分析統(tǒng)計(jì)我國雷擊致人傷亡特征，對全國的雷災(zāi)易損度進(jìn)行了評估區(qū)劃[4];郭虎等將衛(wèi)星雷電資料和雷電災(zāi)害資料相結(jié)合，分析了北京地區(qū)雷電災(zāi)害的時(shí)空特征，總結(jié)出北京市雷電災(zāi)害評估模式[5-6]。殷嫻等通過層次分析法（AHP法）建立災(zāi)情評估層次模型和災(zāi)度評估方程計(jì)算災(zāi)度值，并利用SAS中聚類分析過程對災(zāi)度進(jìn)行分級，分析各級雷災(zāi)在云南各地區(qū)的分布情況[7];朱浩等利用熵權(quán)綜合評價(jià)模型對安徽省的區(qū)域雷電災(zāi)情進(jìn)行評估[8]。

河南地處中緯度地帶，位于我國中東部，地形復(fù)雜，有山地、平原、丘陵等。河南地跨暖溫帶和北亞熱帶兩大自然單元，處于我國東部季風(fēng)區(qū)內(nèi)，四季分明、雨熱同期、氣候復(fù)雜多樣，雷電是常見的氣象災(zāi)害之一，每年都會造成較大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡[9]。為了有效規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)，達(dá)到優(yōu)化資源配置，為防災(zāi)減災(zāi)工作提供理論支持，開展河南省雷電災(zāi)害特征分析和區(qū)域?yàn)?zāi)情評估非常必要。

1 資料與方法

1.1 資料來源及處理

河南省雷電災(zāi)害統(tǒng)計(jì)資料來源于《全國雷電災(zāi)害匯編》和全省各地市上報(bào)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，鑒于雷電災(zāi)害的突發(fā)性和隨機(jī)性較強(qiáng)，雷電災(zāi)害上報(bào)收集工作復(fù)雜，部分地區(qū)雷電災(zāi)害記錄難免存在不規(guī)范和缺失的情況，因此該文采用的是全省雷電災(zāi)害的不完全統(tǒng)計(jì)結(jié)果，對災(zāi)情資料進(jìn)行分類和處理，可基本確保災(zāi)情資料的代表性。

為了更加直觀地了解到21世紀(jì)以來河南省的雷電災(zāi)害年分布情況，雷電災(zāi)害年分布特征所用年雷災(zāi)起數(shù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為2000—2016年，由于2000—2007年的其他雷災(zāi)相關(guān)數(shù)據(jù)不夠詳實(shí)，故除“2.1”外的文章其他部分所用統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)仍為2007—2016年。

閃電定位資料來源于河南省ADTD閃電定位系統(tǒng)2007—2016年的測量數(shù)據(jù)。利用Matlab軟件對閃電定位資料進(jìn)行格點(diǎn)化處理，利用Arcgis軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)插值和可視化出圖，通過圖層疊加，對雷災(zāi)數(shù)據(jù)和閃電定位數(shù)據(jù)的時(shí)空分布、雷災(zāi)綜合評價(jià)指數(shù)的空間等級分布進(jìn)行作圖。

1.2 主要研究方法

在對河南省區(qū)域雷電災(zāi)害災(zāi)情評估時(shí)主要采用的是熵權(quán)綜合評價(jià)模型。熵權(quán)綜合評價(jià)模型是一種基于熵權(quán)理論和綜合指數(shù)法相結(jié)合的方法，可對自然災(zāi)害災(zāi)情進(jìn)行綜合評價(jià)和研究。該方法已應(yīng)用于我國的臺風(fēng)、地震等災(zāi)情評價(jià)中，具有很好的效果[10]。

當(dāng)某次災(zāi)情評價(jià)共有m個(gè)評價(jià)指標(biāo)，n個(gè)評價(jià)對象，其計(jì)算模型為：

Gi=■wj×xij，i=1，2，…，n（1）

式中，Gi為每個(gè)對象的災(zāi)情綜合評價(jià)指數(shù);xij為將評價(jià)指標(biāo)歸一化后第j個(gè)指標(biāo)的無量綱化值;wj為第j個(gè)指標(biāo)的權(quán)重值;xij和wj的計(jì)算方法如下。

（1）將n個(gè)評價(jià)指標(biāo)和m個(gè)評價(jià)對象構(gòu)造總評價(jià)矩陣：R=（rij）m×n，i=1，2，…，n;j=1，2，…，m。對矩陣R進(jìn)行歸一化處理，得到無量綱化值xij，公式為xij=■。

（2）定義熵。在有m個(gè)指標(biāo)、n個(gè)被評價(jià)對象的評估問題中，第i個(gè)指標(biāo)的熵為hi=-k■fijlnfij，式中fij=rij/■rij，其中，k=1/lnn，當(dāng)fij=0時(shí)，令fijlnfij=0，求得fij的值。

（3）定義熵權(quán)。定義了第i個(gè)指標(biāo)的熵之后，可得到第i個(gè)指標(biāo)的熵權(quán)：

Wi=■（0≤wi≤1，■wi=1）

（2）

2 結(jié)果與分析

2.1 河南省雷災(zāi)分布特征

2007—2016年河南省境內(nèi)共發(fā)生雷電災(zāi)害事故757起，因雷擊造成65人死亡，40人受傷，造成直接、間接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)6 000余萬元。雷電災(zāi)害事故多發(fā)生在下午至晚上;人員傷亡事故大多發(fā)生在開闊的曠野地帶或者沒有完善防雷設(shè)施的室內(nèi);傷亡人員基本為農(nóng)村群眾，城市雷災(zāi)主要是通信、電子設(shè)備及其他弱電設(shè)備的損失。

2.1.1 年分布特征 由圖1可知，雷災(zāi)次數(shù)呈單峰特性。從2001年開始雷災(zāi)次數(shù)逐年增加，至2006年陡增至高峰，達(dá)到317次。隨后又逐年減少，至2009年大幅度減少至100次以下，2011年有所抬升，達(dá)101次。2012—2016年雷災(zāi)次數(shù)從33次減少到近幾年的個(gè)位數(shù)。究其原因，21世紀(jì)以來隨著城鎮(zhèn)化規(guī)模的擴(kuò)大和電子信息技術(shù)的迅速發(fā)展，電子化集成程度越來越高，電子元件耐壓水平低、抗干擾能力弱，為雷擊電磁脈沖提供了較好的孕災(zāi)條件，而雷電防護(hù)措施尤其是對電子信息系統(tǒng)的雷電防護(hù)措施尚不完善。近幾年雷災(zāi)次數(shù)減少的原因，一方面閃電頻數(shù)和雷暴日數(shù)確實(shí)沒有往年多，另一方面社會大眾的雷電防護(hù)意識逐漸加強(qiáng)，雷電防護(hù)措施尤其是對電子信息系統(tǒng)的防護(hù)措施正逐漸完善，全省的雷電防護(hù)工作取得了一定成效。另外也與上報(bào)單位近幾年對雷災(zāi)上報(bào)的重視程度有一定關(guān)系。

2.1.2 月分布特征 由圖2可知，河南省的雷災(zāi)主要集中在6—8月，約占雷災(zāi)總數(shù)的80.5%，其中8月雷災(zāi)次數(shù)最多。結(jié)合河南省閃電定位資料發(fā)現(xiàn)，全省的閃電也主要發(fā)生在6—8月，約占總閃電頻數(shù)的88.6%，其中8月閃電最多，約占總閃電頻次的45.4%。由此可以看出，雷災(zāi)次數(shù)與閃電頻數(shù)的月變化有較好的一致性。

2.1.3 地域分布特征 為了研究河南省雷災(zāi)的空間分布特征，以縣為基本行政單位，以年平均雷災(zāi)次數(shù)來衡量不同地域的雷災(zāi)發(fā)生頻率（圖3）。河南省大部分的縣（包括縣級市）年平均雷災(zāi)次數(shù)均不超過2次。其中焦作市最多，為5.2次/年，其次是方城縣，為5次/年。另外，鄭州市、開封市、安陽市、鶴壁市、焦作市、濟(jì)源市、平頂山市、信陽市及個(gè)別市轄縣平均雷災(zāi)次數(shù)超過3次/年，為全省雷災(zāi)高發(fā)區(qū)。

從圖4和圖3的對比可以看出，大體上閃電活動較多的地區(qū)雷災(zāi)發(fā)生次數(shù)也較多。如西北焦作和新鄉(xiāng)部分地區(qū)、南陽和駐馬店部分地區(qū)。但有些地區(qū)，安陽部分地區(qū)、開封市和羅山縣等雷電活動相對較少，但發(fā)生雷災(zāi)次數(shù)卻較多。周口部分地區(qū)、南陽中部地區(qū)雷電活動較多，但發(fā)生雷災(zāi)次數(shù)卻較少。這說明雷電災(zāi)害的發(fā)生不僅與自然雷電活動分布有一定的關(guān)系，還與地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展結(jié)構(gòu)與水平、雷電防護(hù)水平等因素有關(guān)。

由圖5可知，河南省平均地閃強(qiáng)度較大的地區(qū)主要位于接近省界的周邊地區(qū)，如濮陽、商丘、周口、信陽、南陽和三門峽的大部分地區(qū)大都在32 kA以上。強(qiáng)度較小的地區(qū)主要位于中部偏西，如焦作、鄭州、許昌和平頂山的大部分地區(qū)及洛陽南部。與圖4相比，總的來說，閃電強(qiáng)度較大的地區(qū)，閃電密度會較小，這主要和電荷守恒有關(guān)，總電荷是一定的，一旦閃電發(fā)生的次數(shù)多，單次閃電釋放的能量就少，相反，閃電較少時(shí)，各次閃電中和的電荷就較多[11]。

2.1.4 城鄉(xiāng)分布特征 將河南省2007—2016年的雷災(zāi)資料按災(zāi)害的損失類型及城市和鄉(xiāng)村分類進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)城市的雷災(zāi)次數(shù)明顯多于鄉(xiāng)村地區(qū)，城市的雷災(zāi)次數(shù)約占總雷災(zāi)次數(shù)的68.6%，鄉(xiāng)村地區(qū)雷災(zāi)次數(shù)僅占總雷災(zāi)次數(shù)的31.4%。從雷災(zāi)造成的損失類型來看，鄉(xiāng)村地區(qū)的傷亡人數(shù)占總傷亡人數(shù)的82.9%，鄉(xiāng)村地區(qū)雷災(zāi)造成的人員傷亡占鄉(xiāng)村總雷災(zāi)次數(shù)的46.6%，而城市雷災(zāi)造成人員傷亡僅占城市總雷災(zāi)次數(shù)的5.1%。發(fā)生在城市的雷災(zāi)以造成物理損害（電氣和通信產(chǎn)品設(shè)施損壞）和經(jīng)濟(jì)損失為主。由此可見，鄉(xiāng)村地區(qū)的雷擊風(fēng)險(xiǎn)主要為人員傷亡，且大都發(fā)生在夏季戶外區(qū)域，城市區(qū)域的雷擊風(fēng)險(xiǎn)主要為物理損害和經(jīng)濟(jì)損失。這說明農(nóng)村地區(qū)相關(guān)直擊雷防護(hù)措施不完善，群眾的防雷意識較淡薄，處于戶外的人員在雷暴來臨前不能采取有效的防御措施，在樹下、田間等區(qū)域避雷躲雨導(dǎo)致雷擊人身傷亡事故。因此，完善直擊雷防護(hù)措施是鄉(xiāng)村地區(qū)防雷工作的重點(diǎn)，同時(shí)應(yīng)加大農(nóng)村地區(qū)防雷知識宣傳，提高農(nóng)村雷電災(zāi)害防御能力;城市區(qū)域應(yīng)將防雷工作重點(diǎn)放在完善防雷電波侵入和雷電感應(yīng)防護(hù)措施上。

2.1.5 行業(yè)分布特征 由圖6可知，雷電主要對民用、電力、石化、通信、金融、文教、交通、旅游等行業(yè)影響較大。民用行業(yè)主要是雷電對民房和人身造成的災(zāi)害，占雷災(zāi)總數(shù)的43%;其次雷災(zāi)嚴(yán)重的三大行業(yè)依次為電力、通信和石化，分別占總災(zāi)害次數(shù)的12%、10%和9%。電力行業(yè)的輸變電設(shè)備等露天分布較廣，遭受雷擊的概率較大，直擊雷電流通過高壓輸電線路侵害變壓器，電力設(shè)施的損壞會導(dǎo)致大面積停電，造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。隨著大規(guī)模集成電路和智能化電子設(shè)備在通信行業(yè)中廣泛應(yīng)用，雷擊電磁脈沖（LEMP）的危害愈發(fā)嚴(yán)重是其頻繁遭受雷電災(zāi)害的主要原因。石化行業(yè)多為易燃易爆場所，在發(fā)生雷災(zāi)時(shí)，容易發(fā)生火災(zāi)和爆炸，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。交通行業(yè)主要是雷電對高速公路收費(fèi)站系統(tǒng)造成的危害，影響車輛正常通行;對依賴計(jì)算機(jī)來進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和存儲的金融系統(tǒng)來說，雷電造成的損失主要是數(shù)據(jù)丟失、網(wǎng)絡(luò)癱瘓和監(jiān)控失效，使業(yè)務(wù)不能正常運(yùn)行帶來的損失;文教行業(yè)主要是雷電對學(xué)校的影響，包括對學(xué)生的人身傷害和校舍受損。其他行業(yè)所占比例雖然較小，但可以看出雷電災(zāi)害基本覆蓋了社會生活的各行各業(yè)。因此，應(yīng)根據(jù)雷災(zāi)在不同行業(yè)分布的差異有的放矢，有針對性地完善防雷保護(hù)措施，減小其遭受雷災(zāi)損失的風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 河南省區(qū)域雷電災(zāi)情評估

目前，區(qū)域性的雷電防護(hù)工作主要有雷電災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃、雷電易損性區(qū)劃和潛勢指標(biāo)探討等[8]。雷電災(zāi)情評估可從實(shí)際災(zāi)情出發(fā)研究不同區(qū)域受雷災(zāi)影響程度，找出特定區(qū)域在雷電防護(hù)工作中的薄弱環(huán)節(jié)，為完善區(qū)域性雷電防護(hù)工作提供科學(xué)依據(jù)。

2.2.1 評價(jià)指標(biāo)的選取和指標(biāo)權(quán)重的分配 根據(jù)GB/T 21714.2-2015的規(guī)定，雷電災(zāi)害主要引起的損失類型包括人員傷亡損失、公共服務(wù)損失、文化遺傳損失和經(jīng)濟(jì)損失。其中人員傷亡損失和經(jīng)濟(jì)損失針對于建筑物和設(shè)施，為雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估中的重要參數(shù)?；诤幽鲜±诪?zāi)資料，以河南省123個(gè)縣級行政單位為評價(jià)隊(duì)形，對雷電災(zāi)害評價(jià)指數(shù)G值的大小衡量各對象受雷電災(zāi)害影響程度。選取3個(gè)評價(jià)指標(biāo)，分別為年平均雷災(zāi)次數(shù)（N）、年平均傷亡人數(shù)（M）和年平均經(jīng)濟(jì)損失（E）。利用“1.2”中式（2）計(jì)算出3個(gè)評價(jià)指標(biāo)N、M和E權(quán)重分配依次為0.326、0.526和0.148。

2.2.2 區(qū)域?yàn)?zāi)情評估及結(jié)果分析 將評價(jià)對象及評價(jià)指標(biāo)構(gòu)造總評價(jià)矩陣R，利用“1.2”中式（1）計(jì)算得到各評價(jià)對象的雷災(zāi)綜合評價(jià)指數(shù)（表1）。

采用等間距法將123個(gè)縣級行政單位按照綜合評價(jià)指數(shù)G大小分為4個(gè)等級。其中G=0的等級為0級，這些區(qū)域沒有雷災(zāi)發(fā)生或有雷災(zāi)沒有上報(bào)，有南樂縣、民權(quán)縣、衛(wèi)輝市等地區(qū);其中G在（0，0.2]區(qū)間的區(qū)域雷災(zāi)等級為1級，這些地域受災(zāi)影響相對較輕，主要有鄭州市區(qū)、洛陽市區(qū)、長葛縣和鄲城縣等地區(qū)，此類地區(qū)所占面積較大;G在（0.2，0.4]區(qū)間的區(qū)域雷災(zāi)等級為2級，這些地區(qū)雷災(zāi)程度居中，有安陽縣、襄城縣、新鄉(xiāng)市區(qū)、孟津縣、開封市區(qū)和駐馬店市區(qū)等地區(qū);G>0.4的區(qū)域雷災(zāi)等級為4級，這些區(qū)域受災(zāi)情況比較嚴(yán)重，有焦作市區(qū)、濟(jì)源市區(qū)、鶴壁市區(qū)、信陽市區(qū)、商水縣、?？h和方城縣（圖7）。

3 結(jié)論

通過分析河南省雷電災(zāi)害的時(shí)空分布特征，并利用熵權(quán)法對區(qū)域雷電災(zāi)情進(jìn)行了評估，得到以下結(jié)論。

（1）近10年來，河南省雷電災(zāi)害次數(shù)分布呈明顯下降趨勢，2006、2007、2008和2011年為雷電災(zāi)害高發(fā)年份，雷電災(zāi)害次數(shù)均超過100次;全省的雷災(zāi)主要集中在6—8月，8月最多;雷災(zāi)次數(shù)與閃電頻數(shù)的月變化有較好的一致性。

（2）河南省的雷災(zāi)高發(fā)區(qū)主要分布于西北部。其中焦作市最多，為5.2次/年，其次是方城縣，為5次/年。另外，鄭州市、開封市、安陽市、鶴壁市、焦作市、濟(jì)源市、平頂山市、信陽市及個(gè)別市轄縣平均雷災(zāi)次數(shù)超過3次/年，為全省雷災(zāi)高發(fā)區(qū)。閃電密度分布與雷災(zāi)分布有較好的一致性。

（3）城市的雷災(zāi)次數(shù)明顯多于鄉(xiāng)村地區(qū)。農(nóng)用、電力、石化、通信、金融、文教、交通、旅游等行業(yè)是全省主要雷電災(zāi)害損失行業(yè)。民用行業(yè)主要是雷電對民房和人身造成的災(zāi)害，占雷災(zāi)總數(shù)的43%;其次雷災(zāi)嚴(yán)重的三大行業(yè)依次為電力、通信和石化，分別占總災(zāi)害次數(shù)的12%、10%和9%。

（4）利用熵權(quán)綜合評價(jià)模型對河南省123個(gè)縣級行政單位的區(qū)域雷電災(zāi)情進(jìn)行評估，將雷電災(zāi)害強(qiáng)度劃分為4個(gè)等級，其中焦作市區(qū)等7個(gè)地區(qū)為受雷災(zāi)程度較重地區(qū)。

參考文獻(xiàn)

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責(zé)任編輯：鄭丹丹

基金項(xiàng)目? ?河南省氣象局氣象科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目（KM201827）。

作者簡介? ?程麗丹（1983-），女，河南洛陽人，工程師，碩士，從事雷電災(zāi)害防御工作。

收稿日期? ?2019-08-06