《雷電活動等級》編制說明

《雷電活動等級》編制說明一、工作簡況（一）任務來源根據(jù)呼和浩特市推進標準化工作小組領導小組2023年7月12日下發(fā)的《關于下達2023年度呼和浩特市地方標準制修訂項目計劃的通知》（呼推標辦發(fā)〔2023〕8號）文件要求，文件名稱為《雷電活動等級》。（二）起草單位和起草人本文件由呼和浩特市氣象局提出并歸口。詳見表1.表1起草人信息情況姓名職稱現(xiàn)從事專業(yè)聯(lián)系方式在本標準中起作用二、制定本文件的必要性和意義（一）做好高質(zhì)量發(fā)展和高水平安全良性互動的重要氣象技術支撐雷暴現(xiàn)象是一種產(chǎn)生于強烈發(fā)展的積雨云中、云間或云地之間的可產(chǎn)生閃電及雷聲的對流性天氣現(xiàn)象，是我國主要的氣象災害之一。雷暴，尤其是云對地間的放電，對國民經(jīng)濟建設帶來巨大危害，經(jīng)常給農(nóng)林、交通、通訊、航空航天以及地面建筑物等設施帶來不同程度的經(jīng)濟損失，甚至導致人員傷亡。這一災害不僅被聯(lián)合國列為“最嚴重的十種自然災害之一”，而且被國際電工委員會稱為“電子時代的一大公害”。根據(jù)國務院辦公廳《國務院辦公廳關于開展第一次全國自然災害綜合風險普查的通知》的要求，2021年，內(nèi)蒙古自治區(qū)氣象部門啟動了氣象災害風險普查工作，其中雷電災害風險普查是其中的重要組成部分。在這一普查中，雷暴日和地閃數(shù)據(jù)排名雷電風險普查數(shù)據(jù)的前兩位。巧合的是，同年，內(nèi)蒙古自治區(qū)政府發(fā)布了《內(nèi)蒙古自治區(qū)人民政府關于推進氣象事業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的意見》，大力推動了重大規(guī)劃、重點工程項目等氣候可行性論證工作。雷電作為氣候可行性論證的關鍵組成部分，在高影響天氣和關鍵氣象參數(shù)分析中占據(jù)了重要地位。（二）為呼和浩特市氣象高質(zhì)量發(fā)展提供科學依據(jù)目前，氣象科普和科學研究領域依然將雷暴日作為唯一表征本地雷電活動情況的氣象參數(shù)。雷暴日的定義是某個地區(qū)在本地日歷天數(shù)內(nèi)聽見一次雷聲的天數(shù)。然而，這種記錄方法存在較大的局限性，其實際監(jiān)測范圍通常只有約25km左右。根據(jù)國家標準《建筑物防雷設計規(guī)范》（GB50057-2010第3章）要求，建筑物的年預計雷擊次數(shù)是作為建筑物防雷分類的依據(jù)之一。建筑物年預計雷擊次數(shù)以雷擊大地的年平均密度作為的計算因子，并對計算地閃密度的雷暴日提出了明確要求，即“應按當?shù)貧庀笈_、站資料確定”。然而，各類技術規(guī)范和標準對于呼和浩特市雷暴日的描述目前僅有中國氣象局雷電防護管理辦公室于2005年發(fā)布的資料，其中指出“呼和浩特年平均雷暴日數(shù)為34.3天”。由于這一數(shù)據(jù)的年代較為久遠，且其覆蓋范圍過大，不能精確到縣級行政區(qū)，與現(xiàn)行規(guī)范要求以平方公里計算雷擊大地密度相差甚遠，因此“34.3天”這一數(shù)據(jù)已經(jīng)無法準確描述呼和浩特市雷電活動的規(guī)律。同時，對于地閃密度的計算，僅有《建筑物防雷設計規(guī)范》（GB50057-2010第A.0.2條）提出了對地閃密度的計算公式，該公式對呼和浩特地區(qū)地閃密度的計算結(jié)果對比監(jiān)測地閃密度偏差較大，不能準確體現(xiàn)出呼和浩特市地區(qū)實際的地閃密度。為此，本文件依托全國第一次自然災害綜合風險普查結(jié)果（呼和浩特部分），按照規(guī)范要求（GB50057-2010第A.0.2條），采取人工觀測與自動觀測數(shù)據(jù)相結(jié)合的方式。以呼和浩特市各旗縣區(qū)氣象臺、站為基礎，重新確定當?shù)啬昶骄妆┤栈蚶讚舸蟮啬昶骄芏龋员碚骱艉秃铺厥行鲁菂^(qū)、賽罕區(qū)、回民區(qū)、玉泉區(qū)、土默特左旗、武川縣、和林格爾縣、托克托縣、清水河縣的雷電活動規(guī)律。通過量化雷電活動等級，不僅可以為我市氣象科普和科學研究提供準確的數(shù)據(jù)參考，同時也為我市各旗縣區(qū)的氣候論證、區(qū)域規(guī)劃等工作提供科學、準確的理論依據(jù)。三、主要起草過程（一）收集資料、調(diào)查研究、提出標準初稿本文件收集了內(nèi)蒙古自治區(qū)119個氣象站1961年至2013年的人工觀測雷暴日數(shù)據(jù)及2013年至2022年ADTD閃電定位儀觀測記錄的地閃數(shù)據(jù)，利用聚類算法進行計算后分區(qū)，將呼和浩特市9個旗（縣、區(qū)）按照雷電雷暴日與地閃相關性劃分為4類區(qū)域。同時參考了《基于雷電定位系統(tǒng)（LLS）的地閃密度總則》（GB/T37047—2022）、《地閃密度分布圖繪制方法》（GB/T40621—2021）、《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術規(guī)范》（GB/T50343—2012）等標準制訂形成討論稿。（二）成立標準起草工作組按照《關于下達2023年度呼和浩特市地方標準制修訂項目計劃的通知》文件要求，2023年1月成立了標準起草工作組，工作組成員均為長期從事雷電防御、氣象服務相關工作人員，具有較豐富的專業(yè)知識及實踐經(jīng)驗，熟悉觀測業(yè)務，并了解標準化工作的相關規(guī)定，具有較強的文字表達能力。工作組成立后，制定了工作方案，明確了內(nèi)部分工及進度要求，責任落實到人。（三）工作組討論稿2023年7月-2023年11月，編寫組根據(jù)立項論證審查會上專家提出的意見和建議，在初稿的基礎上進一步進行了修改，形成了本文件的工作組討論稿。（四）召開地方標準立項會2023年6月28日呼市氣象局組織召開了呼市地方標準項目的立項論證審查會，會議邀請了內(nèi)蒙古自治區(qū)質(zhì)量和標準化研究院、內(nèi)蒙古自治區(qū)氣象局、呼和浩特市市場監(jiān)督管理局和呼和浩特市氣象局的專家參加，會上項目負責人匯報了本文件的編制思路、初稿編寫內(nèi)容和前期準備工作等情況。會議對該標準進行立項，確定了標準的框架及主要內(nèi)容，并提出修改補充意見。（五）發(fā)函征求專家意見暫無（六）形成送審稿暫無（七）召開地方標準審查會，形成報批稿暫無四、制定標準的原則和依據(jù)，與現(xiàn)行法律、法規(guī)、標準的關系（一）標準編制原則本文件按照GB/T1.1—2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結(jié)構和起草規(guī)則》的規(guī)定要求起草。遵循科學、準確、客觀、定量、適用的原則。文本的編制力求表述規(guī)范，用語準確、簡練，結(jié)構合理。1、連續(xù)性原則目前對于地閃密度的計算方法普遍參考標準：《基于雷電定位系統(tǒng)（LLS）的地閃密度總則》（GB/T37047—2022），它是由國家機場監(jiān)督管理總局和國家標準化管理委員會于2022年共同發(fā)布，2023年2月1日實施，是行業(yè)內(nèi)對確定地閃密度方法的權威性文件，本文件在地閃密度、地閃歸集、觀測年限、觀測區(qū)域、網(wǎng)格單元大小及邊界效應修正中與《基于雷電定位系統(tǒng)（LLS）的地閃密度總則》（GB/T37047—2022）保持一致，以保證今后工作的連續(xù)性，。2、廣泛適用性原則本文件是在呼和浩特市氣象局在自然災害綜合風險普查工作中獲取的資料基礎上利用大數(shù)據(jù)分析方法，并結(jié)合市場上工程計算、論證以及評估工作的需求編制而成的，確保編制的文件具有廣泛適用性原則。3、可操作性原則編制《雷電活動等級》，完成后要普遍應用于呼和浩特市氣象科普、氣象科學研究、各旗縣區(qū)氣候論證、區(qū)域規(guī)劃、工程計算等多領域中。本文件在給出呼和浩特市各旗縣地閃密度計算方法外，為方便全社會各領域，特別是無法查詢閃電定位系統(tǒng)數(shù)據(jù)的地區(qū)，本文件給出了呼和浩特市各地區(qū)年均雷暴日數(shù)據(jù)和2013年至2022年地閃數(shù)據(jù)，為各行業(yè)獲取相關數(shù)據(jù)提供了切實有效的可操作性。4、統(tǒng)一性原則本文件制定后，目的為確定呼和浩特市各地區(qū)雷電活動等級方法提供依據(jù)。在行業(yè)內(nèi)對雷暴日數(shù)的規(guī)定年代較為久遠，且沒有按縣級行政區(qū)提供雷暴日的數(shù)據(jù)；同時，對于地閃密度的確定方法，沒有較為適用于呼和浩特市各地區(qū)的計算公式。本文件力求通過標準化的計算方法，結(jié)合人工觀測雷暴日數(shù)據(jù)和ADTD閃電定位儀觀測記錄的地閃數(shù)據(jù)，同時為消除呼和浩特地區(qū)在空間尺度上數(shù)據(jù)量的局限性，對全區(qū)地閃數(shù)據(jù)進行分析，給出在呼和浩特市各地區(qū)統(tǒng)一適用的雷電活動等級指標。（二）標準編制依據(jù)本文件以人工觀測雷暴日和閃電定位數(shù)據(jù)為基礎，根據(jù)雷電活動在空間上有很強的聚集性這一特點，從市場上對雷電活動數(shù)據(jù)的實際需求情況以及提高雷電活動表征參數(shù)兩個方面考慮，給出了我市雷電活動分級方法、雷電活動等級（縣域）情況。本文件主要條款的依據(jù)如下：1) “5.1雷暴日等級”——在現(xiàn)行規(guī)范中，只有國標GB50343—2012中附錄F統(tǒng)計的呼和浩特雷暴日34.3天，呼和浩特市面積約17200平方公里，用一個值來代表全市雷電活動情況顯然并不科學，所以本文件按縣域重新統(tǒng)計計算并給出了我市年均雷暴日。2) “5.2.1.3Ng值計算”——我區(qū)目前采用的地閃數(shù)據(jù)為歸閃后的數(shù)據(jù)，考慮到后續(xù)閃電系統(tǒng)升級改造或數(shù)據(jù)變化，特加入此條。3) “5.2.2.1單位面積地閃密度”——根據(jù)《建筑物防雷設計規(guī)范》中附錄F要求，此處單位時間為年，考慮到實際應用，單位面積為計算者自行設定面積。4) “5.2.2.2地閃密度計算方法”——根據(jù)《建筑物防雷設計規(guī)范》給出的地閃密度計算方法：Ng=0.1Td經(jīng)計算該公式在呼和浩特市匹配誤差較大，本文件利用聚類算法將各區(qū)域分類，結(jié)果如圖1所示：圖1站點聚類結(jié)果新計算各區(qū)域（縣域）公式后，各縣平均誤差從524.5%下降至25.2%，詳細情況如表1所示：表1擬合公式誤差對比表旗（縣、區(qū)）監(jiān)測地閃密度本文件關系式地閃密度GB50057估算地閃密度相對誤差（%）本文件GB50057回民區(qū)0.5110.293.4142.78%566.88%新城區(qū)0.630.293.4153.57%441.18%玉泉區(qū)0.3210.33.55.94%991.90%賽罕區(qū)0.5270.33.542.81%563.86%武川縣0.690.634.098.14%492.66%土默特左旗0.8080.593.8926.77%381.19%托克托縣0.6610.57314.26%353.68%和林格爾縣0.5210.493.415.07%554.46%清水河縣0.811.033.8427.02%374.34%（三）與現(xiàn)行法律、法規(guī)、標準的關系本標準依據(jù)《氣象災害防御條例》等文件精神，按GB/T1.1-2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結(jié)構和起草規(guī)則》要求進行編寫，并主要參考了以下國家和行業(yè)標準：GB/T37047—2018基于雷電定位系統(tǒng)（LLS）的地閃密度總則GB/T40621—2021地閃密度分布圖繪制方法GB/T50343—2012建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術規(guī)范五、主要條款的說明，主要技術指標、參數(shù)、試驗驗證的論述（一）主要條款的說明本文件規(guī)定了雷電活動等級劃分的原則和等級。本文件適用于雷電的監(jiān)測、服務、防災減災等業(yè)務和工程計算、科學研究工作，以及其他行業(yè)與雷電相關的領域。（二）主要技術指標、參數(shù)、試驗驗證的論述呼和浩特市總面積1.72萬平方公里，設有7個氣象觀測站以及1部ADTD閃電定位設備，自然環(huán)境多樣，包含草地、山地、林地等多種地形地貌，各地區(qū)雷電活動差別較大。不同的地形地貌周邊區(qū)域的雷電活動規(guī)律有明顯的區(qū)別，特別是在其交界處往往雷電活動會更加頻繁，直接對Ng、Td的關系進行分析會很難找出較為準確的統(tǒng)一表達式。如果按照地形或行政區(qū)域進行分類后研究，由于氣象站點分布不均勻，則會在某個區(qū)域出現(xiàn)分析數(shù)據(jù)缺失、Ng和Td相關性不強的情況。鑒于以上原因，將現(xiàn)有氣象站數(shù)據(jù)進行聚類分析，打破地理區(qū)域限制，是分析空間跨度大、地形多變地區(qū)雷電活動的必要前提之一?；诶纂娀顒釉诳臻g上有很強的聚集性這一特點，本文件借助內(nèi)蒙古行政區(qū)域內(nèi)的119個氣象站的雷電活動數(shù)據(jù)，利用聚類算法對呼和浩特市9個旗縣區(qū)區(qū)域進行了分類，并對每個子類單獨進行回歸分析，從而擬合出每一類站點Ng與Td的關系式。圖2縣級行政區(qū)域分類情況對于地區(qū)分類，在利用聚類算法之前，編寫組嘗試了多種分類方法，如行政區(qū)域劃分、緯度劃分、海拔高度劃分等，效果均不理想，其中結(jié)果較好的海拔高度、地形落差區(qū)域分類其Ng、Td相關系數(shù)為0.02-0.23，相關性較弱。采用聚類算法之后，其相關系數(shù)為0.73-0.93，均值為0.84，相關性極強。本文件以人工觀測雷暴日數(shù)據(jù)和閃電定位數(shù)據(jù)為基礎，利用數(shù)據(jù)聚類算法，給出了呼和浩特市各地區(qū)人工觀測雷暴日與地閃密度關系式，實際誤差較GB50057給出的估算公式大幅降低。文件第4章給出了雷暴日等級劃分、地閃密度等級劃分的方法；第5章給出了呼和浩特市各旗縣區(qū)年均雷暴日資料以及各地區(qū)雷暴日和地閃數(shù)據(jù)關系式。六、重大意見分歧的處理依據(jù)和結(jié)果無七、采用國際標準或國外先進標準的，說明采標程度，以及國內(nèi)外同類標準水平的對比情況無。八、推廣實施（包括實施措施，實施方向，如以標準為依據(jù)開展的產(chǎn)業(yè)推進、行業(yè)管理等有關活動，預期的經(jīng)濟效益、社會效益和生態(tài)效益等）（一）實施措施1、為科學研究工作提供數(shù)據(jù)支撐本文件給出了呼和浩特市各地區(qū)人工觀測雷暴日數(shù)據(jù)和地閃數(shù)據(jù)，同時為確定呼和浩特市各地區(qū)地閃密度，給出了目前行業(yè)內(nèi)更適用于本地區(qū)的方法，為雷電相關領域的科研工作提供了技術支撐。2、為工程計算提供精準依據(jù)在《建筑物防雷設計規(guī)范》（GB50057-2010）第3章中規(guī)定，建筑物的年預計雷擊次數(shù)是確定建筑物防雷分類的重要依據(jù)。本文件給出更適用于呼和浩特市的地閃密度計算關系式，使得在工程計算中能夠更加準確、客觀的得出建筑物的年預計雷擊次數(shù)，以便于建筑物雷電防護裝置的設計等相關工作的開展。3、為氣候可行性論證、區(qū)域規(guī)劃等工作提供技術支持在進行氣候可行性論證和區(qū)域規(guī)劃等相關工作中，雷電災害風險評估是