北京市门头沟区雷暴气候变化特征及灾害防御
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摘要 研究北京市T头沟区雷电的特征变化及活动规律，加强雷电灾害防御、防雹增雨，对门头沟区的雷电灾害进行风险区划及分析，提出合理的防范措施与建议，提高风险管理的能力，力求减少雷电灾害造成的损失，对促进经济、社会的协调发展等十分重要。本文利用1980―2013年门头沟区气象台及斋堂观测站常规地面观测资料，分析门头沟区雷暴变化的气候特征及风险区划。结果表明：门头沟区气象台及斋堂站年平均雷暴日数分别为36、41 d。20世纪90年代初期至2013年雷暴日数呈逐渐下降趋势，并有明显的季、月变化；5―6月迅速增多，7―9月变化逐渐减少。雷暴13：00―20：00发生频率最高。雷暴日出现最多的年份在1986年斋堂（58 d），最少的年份为2013年门头沟城区（24 d）。门头沟区雷电灾害总体表现：一是雷电灾害多呈周期性和季节性；二是由于山区地形复杂，局地小气候特征明显，极易发生局地强天气；三是由于山区交通不便，居民防灾减灾意识相对淡薄，极易导致严重的人员生命财产损失。因此，对门头沟区进行雷电特征分析及区划具有重要意义。
中图分类号 P446 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2017）03-0189-04
Abstract The paper studied the change characteristics and rules of thunder in Mentougou District of Beijing City，strengthened thunder protection and hail precipitation，conducted the risk zoning and assessment of lightning disaster in Mentougou area，put forward reasonable suggestions and preventive measures，in order to improve the ability of risk management，reduce the losses caused by thunder disaster，which was very important to promote harmonious development of economic and society. The ground observation data of Mentougou Meteorological Observatory and Zhaitang Station during 1980-2013 was used to analyze the thunderstorm climate characteristics and risk zoning. The results showed that average annual number of thunderstorm days of Mentougou Meteorological Observatory and Zhaitang Station were 36 days and 41 days，respectively. From early 1990s to 2013，the number of thunderstorm days decreased gradually，and showed obvious seasonal and monthly change. The changes increased rapidly from May to June，and reduced gradually from July to September. At 13：00 and 20：00，the thunderstorm occurrence frequency was the highest. The most annual thunderstorm days appeared at Zhaitang in 1986（58 d），and the least annual thunderstorm days appeared at Mentougou District in 2013（24 d）.The characteristics of lightning disaster in Mentougou District were as follows：firstly，the thunder disaster changed cyclically and seasonally；secondly，the terrain in mountainous area was complex，and the local microclimate characteristics was obvious，which led to local strony weather easily；thirdly，due to the traffic inconvenience in mountainous area，residents′ consciousness of disaster prevention and reduction was relatively weak，it was easily lead to serious loss of life and property. Therefore，thunder characteristic analysis and risk zoning in Mentougou District is important.
Key words thunderstorm；climate change characteristics；disaster prevention；Mentougou Beijing
雷暴过程是一个非常严重的灾害类型，常会对人身安全和生产生活造成严重的危害。雷电灾害造成的损失通常分为两大类：一类为直接雷击灾害，会直接击死、击伤人畜，击坏输电线、建筑物，甚至引发火灾；另一类为感应雷击灾害，不易被察觉，通常以电磁感应和过电压波等形式对微电子设备构成危害[1]。尽管表现形式不同，2种形式的雷击均带来了严重的人员伤亡和经济损失。
门头沟区地处北京市西部，海拔一般在90～2 303 m之间，位于东经115°25′00″～116°10′07″，北纬39°48′34″～40°10′37″之间，分深山区、浅山区、平原。地处华北平原向蒙古高原过渡地带，地势西北高、东南低，属中纬度大陆性季风气候，春季干旱多风，夏季炎热多雨，秋季凉爽湿润，冬季寒冷干燥，西部山区与东部平原气候呈明显差异。最高山峰为西部的灵山，海拔2 303 m，山地面积占98.5%，是北京市唯一的纯山区，属太行山余脉，地势险要，“东望都邑，西走塞上而通大漠”，自古为兵家必争之地。本文首先对近34年门头沟区及斋堂站雷暴统计资料进行分析，找出雷暴出现的气候特征以及雷暴出现天气背景和雷暴发生的一般规律，结合当前防雷存在的一些问题，提出防御雷电的若干对策，以期达到防御雷电灾害及防雹增雨的目的。然后，对门头沟区的雷电变化特征和雷电灾害进行风险区划及分析，提出合理的防范措施与建议，提高风险管理的能力，力求减少雷电灾害造成的损失。
1 资料与方法
1.1 资料来源
本文选取门头沟区气象台及斋堂观测站1980―2013年34年雷暴日资料，分析其不同时段的变化特征，用线性拟合方法分析其变化趋势。在进行雷电灾害风险评估及区划研究时采用的2001―2010年北京地区雷击灾情资料。
1.2 研究方法
按照地面气象观测规范的规定，在1 d内（20：00至次日20：00）气象台只要听到1次以上雷声，就统计为1个雷暴日，雷暴日数统计以地面观测记录为准，年雷暴日数为全年各月雷暴日数总和，年平均雷暴日数是指本站多年雷暴日数的平均值。采用数理统计、线性趋势估计、气候倾向率等方法对门头沟区气象台及斋堂观测站雷暴日数及初雷日、终雷日等进行气候统计分析。根据《建筑物电子信息系统防雷技术规范》（GB 50343―2012）规定[2]，25 d
N=K×Ng×Ae，Ng=0.1×Td
式中，N为建筑物年预计雷计次数（次/年）；K为校正系数；Ng为建筑物所处地区雷击大地的年平均密度[次/（km2・年）]；Ae为与建筑物截收相同雷击次数的等效面积（km2）；Td为年平均雷暴日（d/年）。
2 雷暴日数的分析
2.1 雷暴日数的空间变化特征
雷暴产生受盛行气流、天气系统、地形和下垫面等多种因素制约。地形产生的热力效应使低层大气中存在气旋性辐合，水汽和热量集中时易形成不稳定层结，利于垂直环流的不稳定发展[4]。其中，地形的抬升作用及其引发的热力效应也是很重要的一个方面，地形的抬升作用可导致地形附近出现积云，能使垂直上升气流速度比无地形时增加10 m/s，促进较强的对流云展[5]。
门头沟区境内地势呈东低西高走向，雷暴产生在空间分布上呈现出自西部向东部逐渐递减的特征，地形特点决定了雷暴的空间变化特征[6]。当冷锋越山时，若山后低层为暖空气控制，则由于山后低层暖空气之上有冷平流叠置，使不稳定度大为增强，因而常在山后造成大片雷暴区。山地迎风坡的抬升作用也很大。因此，山地是雷暴的重要源地，当山脉风速越大，风向越垂直于山脊，或者山坡越陡，则地形抬升作用引起的空气上升运动越强，雷暴发生的可能性越大。
2.2 雷暴日数的时间变化特征
2.2.1 雷暴日数年际变化。雷暴作为一种天气现象在门头沟区每年均有发生，34年平均雷暴日数为37 d。从图1门头沟区及斋堂年雷暴日数的距平曲线图可见，1986年、1990年雷暴活动异常偏多，其中1986年斋堂站出现雷暴日的天数最多，达到58 d；2010年门头沟区雷暴活动异常偏少，为24 d。由图1雷暴日数的年际变化及其趋势变化特征曲线可见，20世纪80年代中期至90年代初期雷暴日数变化较大，说明在此期间的雷暴活动相对于其他年代比较频繁；90年代中期至2013年为一个缓慢下降阶段。1980―2013年年平均雷暴日数线性倾向率斋堂站为-0.5 d/10年，门头沟区为 -0.4 d/10年，表明门头沟区及斋堂站雷暴日数的年变化总体为下降趋势。这与张敏锋等[7]指出的“东北地区20世纪80年代平均雷暴日有增加的趋势，在波动中呈平稳发展，我国大部分地区年平均雷暴30年来总体有减少的趋势”的结论是一致。
2.2.2 雷暴日数的月变化。门头沟区及斋堂站的雷暴日数具有明显的年内变化，由图2可以看出，各月平均雷暴日年瘸实シ逍捅浠，4―6月雷暴日迅速增多，门头沟区7―9月迅速下降，斋堂站7―8月缓慢下降，9―10月迅速减少，两站12月至次年2月均无雷暴。斋堂站峰值出现在6月，年平均达11 d，门头沟区峰值出现在7月，年平均达10 d。夏季（6―8月）雷暴日数最多，占全年总数的66%～68%。
2.2.3 雷暴初终日的变化。从门头沟区及斋堂站雷暴初、终日期统计资料来看，门头沟区雷暴初日最早出现在1990年3月30日，最晚出现在2013年6月5日。终日最早出现在2005年8月28日，最晚出现在2004年和2009年的11月9日。斋堂站雷暴初日最早出现在1990年3月12日，最晚出现在1982年5月21日。终日最早出现在1980年9月10日，最晚出现在2009年和2011年的11月11日。图3、4分析了3―5月雷暴初日资料。门头沟区及斋堂站雷暴初日4月最多，分别为71%、65%；5月次之，分别为21%、29%。从曲线变化来看，门头沟区1993年、2013年雷暴初日发生变化幅度大，2004―2010年终日变化幅度较大。
3 雷电灾害风险评估区划
3.1 地闪密度的分布
雷电灾害的易发区域主要集中在山前至平原一带地区[8-11]，发生地闪的高频地区主要集中在妙峰山、雁翅、百花山一带，地闪密度值在2.1 fl/（km2・年）以上，这一带地区雷电灾害较为活跃，自然闪电的发生频率最高，很容易造成直接的自然灾害。门城地区（龙泉镇、永定镇）位于全区的中心地段，是全区的次高风险区域，一旦发生灾害，造成的经济损失甚至人员伤亡将是比较严重的。下面从雷电灾害脆弱性、人员伤亡、受雷击胁迫下的财产损失风险区划图3个方面来进行分析，图5给出的是门头沟区分区地闪密度的分布图。
3.2 雷电的裸风险区划
雷电灾害的裸风险，即灾害的脆弱度，指灾害带来的人员和财产的伤害或损失程度，某一地区的人口和经济越集中，对灾害的脆弱度越高，可能造成的潜在损失越大，灾害的风险也就越大。图6给出了门头沟地区雷电灾害裸风险的区划图，灾害裸风险的高值中心主要分布在雁翅镇与大台街道办事处的交界处、田庄、百花山等地区，范围值在9.85～25.35次/（km2・年），这与图5门头沟区的地闪密度分布是相对应的，地闪密集地区的雷电灾害裸风险较大。
3.3 雷电灾害人员伤亡风险区划
雷电灾害带来最惨痛的代价就是人员的伤亡。由图7门头沟区雷电灾害人员伤亡风险区划图可以看出，各镇、街道的中心地段是人口较为密集的地区，雷电灾害造成的人员伤亡风险也较高。门城地区、大台街道办事处的人员伤亡风险全区最大，达到0.08～0.14人/（km2・年），其次像雁翅镇、斋堂镇、清水镇等地区是人员伤亡的次高风险区，风险值都在0.05人/（km2・年）以上。
3.4 受雷击胁迫下的财产损失风险区划
雷电灾害严重威胁人民的财产安全，造成不可避免的财产损失。图8是门头沟区受雷击胁迫下的财产损失风险区划图，可以看出，门城地区作为全区的经济中心，每年雷击灾害造成的财产损失达到30万元/（km2・年）以上，部分地区甚至达到100万元/（km2・年）的经济损失。此外，各镇、街道的中心地段也是经济损失比较严重的地区。
4 结论与讨论
（1）门头沟区雷暴在空间分布上呈现从西部向东部城区递减的特征，主要与地形有关：西部、北部多为山区，地势高，山地的抬升作用有利于对流的发展。钟幼军等[8]分析了黑龙江省雷电活动气候特征指出：由于山地迎风坡的强迫抬升作用很大，山地是雷暴的重要源地。因此，地形对雷暴影响显著。
（2）近34年门头沟区及斋堂站雷暴日数总体呈现出缓慢下降趋势，平均每10年下降0.5 d左右。雷暴的发生受多种因素制约。徐桂玉等[9]研究了中国南方雷暴的气候特征，指出1971―1995年中国南方年雷暴次数呈现逐渐减少的总趋势，多雷暴带与主要山地分布密切相关。城市的发展以及下垫面气象条件的改变也是雷暴日数减少的原因之一。
（3）门头沟区及斋堂雷暴日数有明显的季、月变化。夏季最多，秋季次之，冬季无雷暴发生；最大值出现在6―7月，这主要是由季节的气候特点决定。
（4）l生地闪的高频地区主要集中在妙峰山、雁翅等一带；居民点、城镇用地两类承灾体脆弱性相当，脆弱系数均较大，对于灾害的承受能力较差；灾害裸风险的高值中心主要分布在雁翅镇。因此，应建立科学、规范、系统和动态的雷电灾害风险评估机制，进一步提高门头沟区雷电灾害应急管理工作水平，为相关管理机构提供制定应对突发雷电灾害的应急预案和相关应急管理措施的科学依据。
（5）门头沟区雷电灾害总体表现如下：一是季节性特征。雷电灾害多呈周期性和季节性；二是局地性强。由于山区地形复杂，局地小气候特征明显，极易发生局地强天气；三是灾害带来的危害大。由于山区交通不便，居民防灾减灾意识相对淡薄，极易导致严重的人员生命财产损失。
（6）随着气象灾害研究的不断深入，灾害的风险管理以及防灾减灾能力的提升得到更为广泛的重视。通过提高人类生命财产安全对雷电灾害风险的承受能力，以及雷电灾害的控制能力，可以为灾害的预测、损失的评估以及减灾决策服务提供更为可靠的依据，对雷电灾害的预防与治理、减灾规划与措施的制定、灾害处置措施的建立等都有重要的意义。
（7）针对门头沟区地方气候特点，要加强对雷电的监测，研究雷电形成的机理，提高雷电预警预报的能力，各级政府应加大对雷电防御和科研的投入。通过雷电灾害风险评估可为评估对象提供雷电防护的科学设计、灾害风险控制、经济投资、应急管理等方面服务。防雷减灾仍是现代化气象服务工作的重点，应该常抓不懈，它关系到每一个人的切身利益，应引起高度关注[10]。
（8）应加大气象灾害防御科普知识的宣传力度，开展气象信息和防灾减灾科普知识普及，增强全社会防灾减灾意识和自救互救能力，增强公众从我做起意识，合理躲避雷电灾害突发天气。通过雷电灾害科普宣传，形成监测预警、传播途径、防御指南、社会救助等社会响应运行机制。加强雷电防护能力，提高人们的自我保护意识，减少灾害带来的人员伤亡损失，是研究首先要解决的问题，也是最具有现实意义的。
5 参考文献
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