宣城市雷電災害風險區劃研究及其應用

何桂霞 胡文運

摘要 利用氣象資料、地理信息數據、社會經濟數據等，從致災因子、承災體方面，研究探討宣城市雷電災害風險評估及區劃方法，繪制宣城市雷電災害風險綜合區劃分布圖，為宣城市雷電災害風險評估、災情調查、防災減災等提供科學依據。

關鍵詞 雷電災害;風險區劃;GIS技術;應用

中圖分類號 S429文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2019）13-0215-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.13.065

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Study and Application of Lightning Disaster Risk Zoning in Xuancheng City

Abstract The risk assessment and zoning methods of lightning disasters were studied from the hazard factors and disasterbearing bodies，based on meteorological data， geographic information data， and socioeconomic data in Xuancheng City.At the same time a layout map of Xuancheng lightning disaster risk comprehensive area was drawn. This research will provide scientific basis for lightning disaster risk assessment， disaster investigation， disaster prevention and mitigation.

Key words Lightning disaster; Risk zoning; GIS technology; Application

作者簡介 何桂霞（1972—），女，安徽黃山人，工程師，從事氣象災害業務研究與防御工作。

收稿日期 2019-02-15;修回日期 2019-03-20

近年來，隨著國民經濟的快速發展以及科技水平的不斷提高，雷電帶來的危害也日益嚴重[1]。如何科學防雷、經濟防雷顯得越來越重要，因此對雷電災害風險性進行深入研究具有重要的現實意義。

宣城市屬南北氣候過渡帶，是冷暖空氣頻繁交匯的地區，同時，境內襟山帶水，地形呈南高北低型，且多為山區和丘陵地帶。特殊的地理位置、復雜的氣候條件和地形特點，導致境內雷暴活動頻繁，雷電災害頻繁發生，嚴重影響人民生命財產安全。為有效規避風險，為防災減災提供理論支持，開展雷電災害風險區劃研究非常必要。筆者利用GIS技術對宣城市雷電災害風險區劃進行研究，大大提高了區劃研究的精度。

1 資料來源與處理方法

1.1 資料來源 利用GIS技術，從致災因子、承災體方面研究雷電災害風險評估方法，主要用到氣象資料、地理信息數據、社會經濟數據等[2-5]。氣象資料為宣城市7個氣象站1961—2010年共50年雷暴日資料及2006—2011年共6年宣城市LD-Ⅱ型閃電定位儀所獲取的雷電密度和雷電強度資料，社會經濟數據為宣城市2017年各縣市區的行政面積、人口、國民生產總值（GDP）。

1.2 原理與方法

首先對用到的各指標進行分析、處理，得到每一個指標的強弱分布圖，然后對多個指標進行加權綜合，為了消除各指標的量綱差異，對每一指標值進行歸一化處理，各指標歸一化計算公式為：

式（1）中，i表示雷暴日、雷電密度、經濟、人口、雷電強度中的任意一項指標，j表示具體區域，Aij表示各個區域的對應項目指標值。對以上區域的各個指標值按照項目的重要性進行加權疊加，計算公式為：

式（2）中，Vj為評價因子的總值，Wi是指標i的權重，Dij是對于因子j的指標i的歸一化值，n是評價指標的數量，最后根據加權出來的值將雷電災害風險區域按不同等級進行劃分。

1.2.1 宣城市雷電資料分析方法。通過Arcgis軟件對宣城市2006—2011年閃電資料進行分析，最后依據不同的危害程度，對閃電密度圖和電流強度圖進行加權得到宣城市雷電致災因子的區劃圖。

1.2.2 宣城市承災體易損度分析方法。分行政縣市區輸入經濟數據，分等級用不同色標表示不同的經濟密度（GDP/行政面積）;分行政縣市區輸入人口數據，分等級用不同色標表示不同的人口密度（人口/行政面積），并綜合人口、經濟因子，得到宣城市承災體易損度區劃圖。

1.2.3 宣城市雷電災害風險區劃研究方法。將宣城市的雷電密度、雷電強度、人口密度、經濟密度4要素進行多種權重組合并繪出相應的宣城市雷電災害風險綜合區劃分布圖。

2 雷電災害風險區劃

2.1 致災因子危險性分析

致災因子危險性主要考慮雷電密度和雷電強度兩方面因素，雷電強度越大，密度越高，風險就越大[6]。雷電密度是指單位面積內所發生的雷擊大地的年平均次數，反映雷電活動的自然規律。該區域的雷電密度大，說明該區域致災因子活躍，雷電災害風險性大。其計算公式為[7]：

式（3）中，Ng表示雷電密度[次/（km2·a）]，Td為雷暴日數，根據各氣象臺站的觀測資料確定。雷暴日數多的區域，致災因子活躍，發生雷災的可能性較大。

采用宣城市7個氣象站1961—2010年50年雷暴日資料，利用克里金插值方法計算出各縣市區的雷電密度，得到雷電密度分布圖（圖1）。

采用2006—2011年宣城市LD-Ⅱ型閃電定位儀獲取的6年地閃資料，按照資料的年限將6年的所有地閃資料進行統計分析，按照地閃頻次的高低將其分為10級，得到雷電密度分布圖（圖2）。

考慮到人工觀測的雷暴日，觀測范圍具有局限性，但有50年的資料，時間長，具有一定的代表性;閃電定位資料在一定程度上會有誤差和干擾，其觀測資料只有6年，時間比較短，不具備一定的代表性。因此，將2種方法所得的雷電密度權重取為50∶6，進行加權分析，得到加權后的雷電密度分布圖（圖3）。

47卷13期 何桂霞等 宣城市雷電災害風險區劃研究及其應用

由于不同強度的雷電流對建筑物危害程度不同，利用2006—2011年宣城市LD-Ⅱ型閃電定位儀獲取的雷電強度資料，將6年的所有雷電強度樣本匯總進行插值分析，得到雷電強度分布圖（圖4）。

由于雷電強度所用資料僅為2006—2011年6年宣城市LD-Ⅱ型閃電定位儀的資料，雷電密度為50年雷暴日資料和6年閃電定位儀的資料計算而得，考慮到計算結果的穩定性和可靠性，雷電密度和雷電強度權重取為2∶1，將其歸一化再加權綜合，得到雷電災害致災因子危險性分布圖

（圖5）。

2.2 承災體易損性分析

災害的發生是由環境的危害性和承災體的脆弱性共同決定的[8-10]。宣城市雷電災害易損性反映了該地區面對雷電發生的敏感度，其既與各縣自然雷暴的氣候背景有關，也與遭受雷電災害縣市區的經濟、人口密度特征等有關。承災體易損性評估重點考慮地方人口、地方經濟兩方面因素，上述2項指標均以鄉鎮為行政單元進行統計，等權重相加得到各縣市區的承災體易損度。

宣城市人口密度（L）表示區域內發生災害時單位面積上受危害的人口數量，該指標可以反映區域生命對災害的敏感性。

式（4）中，L為人口密度（人/km2），LS為各縣市區鄉鎮人口，S為各縣市區鄉鎮行政面積（km2）。宣城市各縣市區鄉鎮人口密度分布見圖6。

宣城市經濟密度（D）表示區域內發生災害時單位面積上的經濟損失。

式（5）中，D為經濟密度（萬元/km2），DS用各縣市區鄉鎮的GDP生產總值代替（萬元），S為各縣市區鄉鎮的行政面積（km2）。宣城市各縣市區鄉鎮經濟密度分布情況見圖7。

將人口密度、經濟密度2項指標等權重相加得到宣城市各縣市區的承災體易損度分布情況，具體見圖8。

2.3 綜合風險區劃 將宣城市的雷電密度、雷電強度、人口密度、經濟密度4因素進行多種權重組合并繪出相應的宣城市雷電災害風險綜合區劃分布圖（圖9）。

2.4 區劃結果驗證

為檢驗區劃結果的優劣，將區劃結果與宣城市2005—2017年實際雷電災情作對比驗證，結果顯示，綜合區劃結果與雷電歷史災情對應較好。

3 結論與討論

（1）從雷電災害致災因子、承災體易損性與災害形成的關系，將宣城市的雷電密度、雷電強度、人口密度、經濟密度4因素進行多種權重組合，利用GIS技術繪出宣城市雷電災害風險綜合區劃分布圖。

（2）區劃圖顯示，宣城市的北部為雷電災害高風險區，即宣州區城區、水陽、貍橋、朱橋、沈村、五星，寧國的港口、梅林和郎溪的大部分地區;宣城市中部、東北部、西北部為雷電災害次高風險區，即宣州區的孫埠、水東、洪林、新田，涇縣的云嶺、黃村、丁家橋、蔡村，廣德、寧國的大部分地區;宣州區的古泉、文昌、楊柳、黃渡，廣德、寧國、涇縣的大部分地區，績溪、旌德的部分地區為雷電災害中等風險區;其他地區為雷電災害低風險區。

（3）利用宣城市歷史雷電災害數據對風險區劃結果進行驗證，結果表明綜合區劃與歷史雷電災情對應較好，表明該區劃研究方法比較可靠。

（4）開展宣城市雷電災害風險區劃研究，為宣城市雷電災害風險評估、防雷工程設計、雷電災情調查、指導農業生產等提供重要的科學依據，對防災減災具有重要的現實意義。

（5）由于雷電災害的形成是一個非常復雜的過程，影響因素眾多，要完全定量準確地分析宣城市雷電災害風險區劃還存在一定的難度。今后在指標選取、權重確定、評估模型等方面還需要進一步研究、優化，使區劃結果與實際更加吻合。

參考文獻

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