雷电灾害泛指雷击或雷电电磁脉冲入侵和影响造成人员伤亡或物体受损, 其部分或全部功能丧失, 酿成不良的社会和经济后果的事件。雷电灾害的损失包括直接的人员伤亡和经济损失, 以及由此衍生的经济损失和不良社会影响。雷电灾害已经被联合国有关部门列为“最严重的十种自然灾害之一”, 被中国电工委员会称为“电子时代的一大公害”。

国外的统计分析表明^[1-7], 美国1959-1994年因雷电死亡的人数年平均是87人, 仅次于因山洪、洪水引发的死亡人数, 雷电是美国气象灾害中造成人员伤亡的第二大因素。荷兰在20世纪20年代, 每年有超过20人死于雷击, 1970年以后, 每年也有1到5人死于雷击。英格兰和威尔士从1852-1899年, 平均每年的死亡人数是19人, 1900-1949年是13人, 1950-1999年是5人。估计全世界每年有几千人死于雷击, 全球每年的雷击受伤人数可能是雷击死亡人数的5~10倍。

我国地处温带和亚热带地区, 东部地区的闪电活动要高于全球同纬度地区的平均闪电活动^[8-9], 随之而来的雷电灾害造成的经济损失和人员伤亡事故十分严重, 其中一些重大雷电灾害事故震惊了全国上下。例如1989年8月12日09:00(北京时, 下同), 因雷击引发山东省黄岛油库火灾, 造成19人死亡, 78人受伤, 当时直接经济损失近4000万元, 间接经济损失近亿元^[10]。2004年6月26日14 : 00, 在浙江临海市杜桥镇杜前村有30人在树下避雨, 不幸惨遭雷击, 造成17人死亡, 13人受伤。随着我国社会经济的发展和现代化水平的提高, 特别是由于信息技术的快速发展, 雷电灾害的危害程度和造成的经济损失以及社会影响越来越大。因此, 研究我国雷电灾害发生的现状、分布特征, 对于经济建设、保护人民生命财产安全, 构建和谐社会和社会主义新农村具有十分重要的意义。

中国气象局雷电防护管理办公室编写了《1997-2006年全国雷电灾害汇编》, 该书对气象部门上报的各年雷电灾害实例进行了选择和汇编, 由于全国雷电灾害统计工作开展较晚, 各地情况也不尽相同, 但总体上在逐渐改进和完善, 因此报送的雷灾统计材料的完整性、准确性、规范性是逐年提高的, 造成后几年的数据比前几年有很大的增长, 这可能是由于前期统计资料来源不完整、不规范造成的假象。

在这套书的基础上, 中国气象科学研究院雷电物理和防护工程实验室建立了一个全国雷电灾害资料库, 每个雷灾实例考虑了雷灾事故的发生情况、背景, 受损的财物情况, 受伤害的人员情况等等, 例如雷灾发生时间、地点, 受损部门行业、受损财物类型, 死伤人员的多少、性别、职业、雷击地点等等, 将这些信息录入数据库中, 可以给出全国不同地区、不同行业、不同环境、不同人群等等的雷电灾害统计结果。本文对于雷击不造成人员伤亡, 只造成经济损失的雷灾事故称为财产损失雷灾, 包含人员伤亡的雷灾称为人员伤亡雷灾。由于资料本身的问题, 造成有些年份有些地区的真实雷灾情况缺失或信息量不足, 例如一个上报的雷灾实例为“某年某月某日, 某地因雷击死亡1人”, 这里缺失了很多要统计的信息, 因此该数据库给出的是全国雷电灾害特征的不完全统计结果。在资料处理中如果一个统计因素不确定, 会被标记出来, 如果在统计该因素时不确定部分占相当大的比例时, 本文会注明, 一般当未知部分所占比例低于20%时, 文中不特别注明。没有特别申明的话, 本文中统计分析都是对1997-2006年数据做出的结果, 未给出年平均结果。

本文研究了我国雷电灾情的时空分布特征, 以及雷灾造成的人员伤亡和财产损失特征, 其结果有利于了解我国雷电灾害分布特征和雷电防御水平现状, 有利于提高全民防雷减灾意识, 也是制定科学合理的雷电防护技术路线的重要依据。

表 1给出了我国1997-2006年上报的雷灾概况, 从中可以看到以下几点特征:

表 1

表 1 我国1997-2006年上报雷电灾情概况 Table 1 The lightning casualties and damage reports in China from 1997 to 2006

表 1 我国1997-2006年上报雷电灾情概况 Table 1 The lightning casualties and damage reports in China from 1997 to 2006

① 10年来雷灾事故上报数有上升趋势。1997-2006年, 雷灾事故上报从556例增加到6265例。一方面雷灾上报数的增加与各地雷电灾害上报渠道和制度的日益完善和规范有关, 这是因为2000年以前雷电灾害调查统计上报的工作刚起步, 可能有相当部分的雷电灾害事故没有及时收集; 另一方面随着办公自动化、信息网络等相关电子设备的大量普及应用, 雷击损伤电子设备的事故也在增加。

② 10年来雷灾造成大量人员伤亡。1997-2006年, 据不完全统计全国人员伤亡雷灾数为4287例, 造成人员死伤总数为8808人, 其中死亡4488人, 受伤4320人。考虑在很多地区以封建迷信思想解释雷电现象相当普遍, 会出现隐瞒雷击人员事实的情况, 而且在2000年以前, 很多地区开展雷电灾害事故的调查与统计上报工作较为薄弱, 这里采用2004-2006年的数据做统计, 据此估计, 我国平均每年上报雷击人员伤亡事件约为703例, 其中大约造成1334人死伤, 包括667人死亡, 667人受伤。英国在1993年到1999年间平均每年每一百万人中就有0.05人死于雷击, 美国同时期每年每一百万人中有0.42人死于雷击^[3]。以2000年全国第五次人口普查资料中人口总数12.6亿人计算, 我国每年每一百万人中大约有0.53人死于雷击, 这个值要高过美国该值的26%, 是英国的10.6倍。

③ 10年来雷灾带来严重的经济损失。因为很多上报的雷电灾害事件没有给出具体的经济损失数额, 而更多的由于雷击造成的电力、通讯、网络、交通等中断带来的间接损失也没有被计算, 这里只给出上报的经济损失超过百万元的雷灾事故数, 可见每年损失超过百万元的雷灾事故数都有几十起, 但实际的经济损失要远远大于此。

表 2给出了1997-2006年我国各地区的雷电灾情, 通过对全国31个地区雷电灾情排名比较, 得到以下一些结果:

表 2

表 2 1997-2006年我国各地区的雷电灾情分布 Table 2 The lightning casualties and damage reports for provinces in China from 1997 to 2006

表 2 1997-2006年我国各地区的雷电灾情分布 Table 2 The lightning casualties and damage reports for provinces in China from 1997 to 2006

①就雷灾事故数而言, 广东省发生的雷灾总数8770例排在第一位, 雷灾事故数和财产损失雷灾数的前8名为广东、福建、山东、浙江、江西、云南、河北和江苏, 而最后8名为上海、陕西、天津、青海、甘肃、西藏、新疆和宁夏。可见雷灾事件多发生在我国东部沿海地区和南部地区, 雷灾事故相对发生较少的地区为我国西部地区。

②就雷灾造成的人员伤亡而言, 对人员伤亡雷灾数、人员死伤总数、死亡数、受伤数4项而言, 广东省都位列第一, 为777例雷灾造成1434人死伤, 其中772人死亡、662人受伤; 云南省则位列第二, 为424例雷灾造成1025人死伤, 其中445人死亡、580人受伤; 雷灾人员伤亡严重的地区还有贵州、江西、广西、山东、江苏、四川、湖北、湖南等地区, 而西藏、上海、山西、北京、甘肃、新疆、宁夏、天津的雷灾人员伤亡数则相对较少, 这种分布可能与各地区闪电活动强弱、人口基数多少有关。

③就考虑人口权重后的死伤率而言, 各地区人口数采用2000年全国第5次人口普查资料, 可以看到其与人员死伤总数的排名有很大的不同, 人口基数少的地区的排名有很大的提高, 海南省、西藏自治区名列前两名, 青海省提高到第5名, 湖北、湖南、山东人口多的省份则排名降低, 表 2中除青藏高原外, 高伤亡率地区都位于我国南部, 西北地区和几大直辖市仍然排名靠后。

④就财产损失/人员伤亡雷灾比值而言, 可以发现北京、福建、天津提高到前3名, 上海和重庆的排名也相对有较大的升高, 该比值可能与经济发展程度和城市化程度有关, 经济发达的大城市中财产损失雷灾事故相对多而人员伤亡雷灾事故相对少。

图 1a给出了雷灾事故的年变化分布, 可见雷灾事故全年都可以发生, 从10月到次年3月雷灾发生较少, 这半年的雷灾事故发生低于全年的7%;而4-9月则占了全年雷灾的93%以上, 4, 5月相对3月雷灾有明显上升, 6, 7, 8月最高, 各项比例都在20%, 其中7月的人员伤亡雷灾数比例最高达到27.8%, 相对财产损失雷灾数的比例要高, 6, 7, 8月的和占全年的65%以上, 9月则有明显的降低。财产/人员事故比值在10月-次年3月则相对较高, 说明在4-9月中雷电对于人员的威胁相对财物要高一些。图 1b给出了雷灾人员伤亡数的年变化分布, 各项参数的年变化与雷灾事故数的趋势很相似, 在7月, 死亡人员比例最高达到29.0%。对于受伤与死亡人员的比值来说, 在4-7月, 上报的雷灾受伤人员数要少于死亡人员数。研究^[11]表明, 我国的闪电活动在4月开始快速增加, 于7, 8月达到最大, 然后在9月迅速降低, 说明雷电灾情与我国雷电活动的年变化特征是相一致的。

图 1

图 1. 我国1997-2006年雷电灾情的年变化特征 (a) 雷灾事故数, (b) 雷灾人员死伤数 Fig 1. Annual variation of lightning disaster in China from 1997 to 2006 (a) number of lightning accidents, (b) number of lightning casualties

图 2a给出了雷灾事故的日变化特征, 可见人员伤亡雷灾呈现典型的单峰型, 曲线从13:00开始快速上升, 15:00-17:00达到高值, 16:00达到峰顶为17.1%, 21:00-次日12:00人员伤亡雷灾只占总数的25.3%, 其中低值在00:00-05:00, 00:00为谷底 (0.5%), 峰值和谷值比为33.6。财产损失雷灾的曲线略有差异, 除了在14:00-17:00的高值区外, 在01:00-04:00相对有次峰出现, 而且它的高值相对人员伤亡雷灾的高值要低, 其低值区相对要高, 其峰值 (16:00) 和谷值 (00:00) 比为8.2, 要低于人员死伤雷灾的。由于财产损失雷灾数要高于人员伤亡雷灾数, 总的雷灾事故的曲线更类似财产损失事故的。我国的闪电活动从12:00开始快速增加, 在15:00, 16:00达到最大, 在09:00降到最小, 其中在22:00有一较小的升高, 这与雷灾事故的日变化特征相似^[11]。从财产损失/人员伤亡雷灾数比可以看到, 在09:00-18:00的雷灾多发时段, 该比值处于低值, 而在傍晚至凌晨该值处于高值, 这是与人们的作息时间密切相关的, 因为大部分的雷灾人员死伤事件发生在室外, 在09:00-18:00段, 户外劳作的人员较多, 受雷击的威胁加大, 而晚上人们多在建筑物内休憩, 在一定程度上减少了雷电伤害的概率。

图 2

图 2. 我国1997-2006年雷电灾情的日变化特征 (a) 雷灾事故数, (b) 雷灾人员死伤数 Fig 2. Diurnal variation of lightning disaster in China from 1997 to 2006 (a) number of lightning accidents, (b) number of lightning casualties

图 2b给出了雷灾中人员死伤的日变化特征, 可见人员死伤数曲线与人员伤亡雷灾的曲线相似, 呈现典型的单峰型, 曲线从13:00开始快速上升, 15:00-17:00达到高值, 16:00为峰顶, 雷灾伤亡人员数比例为17.2%, 其中低值在00:00-03:00, 03:00谷底值为0.4%, 峰值和谷值比为43。死亡人员在16:00, 17:00要明显高于受伤人员的比例, 而在21:00明显低于受伤人员的比例。受伤人员/死亡人员比值也反应了这一点, 在雷灾相对严重的时段, 该比值在1附近变化, 而在晚上和凌晨的部分时段, 该比值超过了2。

图 3a给出了在雷灾事件中受损失的各行业占的比例, 其中40%的雷灾财产损失发生在民用领域, 例如民居、家居用品, 电力部门的雷灾财产损失占17%, 文体教场所, 如学校、医院等占15%, 厂矿仓储行业占14%, 通信、石化、金融、农林牧、交通各部门占比例较小, 都低于5%。从图 3b雷灾中不同物体的受损统计来看, 雷电带来损失最严重的是微电子设施, 比例高达34.5%, 其次是电力设备24.8%, 第三是家用和办公电器23.1%, 这些电力、电子设备占总数的82.4%。配合图 3a, 可见计算机、弱电信息系统、网络通讯设备、电力设备、常用电器等受到间接雷击 (雷电电磁脉冲入侵和影响) ^[12]的威胁已经超过建筑物、树木这些以往受直接雷击威胁的物体。

图 3

图 3. 财产损失雷灾特征 (a) 行业比例, (b) 物体比例 Fig 3. Characteristics of lightning damage reports (a) percent of industry, (b) percent of object

由图 4可见, 城市人员因雷电造成伤害的比例只占4.3%, 而农村人员却占了59.1%, 不确定因素占36.6%。如果不考虑不确定的统计结果, 农民占93%, 城市人员仅占7%, 农民是雷灾主要的受害者。由图 5可知, 在人员伤亡雷灾数中, 雷击地点发生在农田最高, 为32%, 其次建构筑物 (主要是农村民居、窝棚、亭子) 为23%, 然后是开阔地为13%, 水域 (包括河边、沙滩) 和树下分别是10%和8%。图 5中的“有线相连”表示的是雷击是人员正接触着电话线或者金属管线。从图 5中可以看到雷击地点发生在室外的占69%, 而且发生在农民常在环境下。相对而言, 农民在雷电到来时, 缺乏临时躲避场所, 而且农民防雷知识相对贫乏, 导致在室外受到雷电严重的威胁。在室内, 城市建筑物防直击雷措施相对完善, 而农村的民居等建筑没有普及安装防雷装置, 例如2007年5月23日16:34, 重庆市开县义和镇政府兴业村小学教室遭遇雷电袭击, 造成四、六年级学生7人死亡, 44人受伤, 事后调查表明^[13], 该小学无防雷装置, 雷电流通过墙壁泄放入地时, 由于接触电势、旁侧闪络以及跨步电压作用, 导致室内大量人员伤亡。

图 4

图 4. 雷灾不同人群的伤亡比例 Fig 4. Frequency distribution of the population of lightning casualties

图 5

图 5. 人员伤亡雷灾中不同雷击地点的比例 Fig 5. Frequency distribution of the locations of lightning casualties

本文在《1997-2006年全国雷电灾害汇编》的基础上, 建立了1997-2006年全国雷电灾害数据库, 据此进行统计分析, 研究了我国雷电灾情的时空分布特征、受损财物情况、受伤害人员情况等, 得到以下一些结果。

1) 我国雷电灾害在这10年里造成了严重的人员伤亡和经济损失, 估计全国年平均上报雷击人员伤亡事件约为703例, 其中大约造成1334人死伤, 包括667人死亡, 667人受伤。我国每年每一百万人中大约有0.53人死于雷击, 这个值要高过美国该值的26%, 是英国的10.6倍。

2) 我国雷电灾害多发生在东部沿海地区和南部地区, 相对发生较少的地区为西部地区。广东省雷灾最为严重, 总计上报的雷灾总数为8770例, 包括777例人员伤亡雷灾, 造成772人死亡和662人受伤, 云南省以雷灾造成1025人死伤仅次之, 雷灾人员伤亡严重的地区还有贵州、江西、广西、山东、江苏、四川、湖北、湖南等地区, 而西藏、上海、山西、北京、甘肃、新疆、宁夏、天津则处于较低排名; 当雷灾人员伤亡率考虑各地区的人口权重后, 海南省、西藏自治区位列前两名, 青海省提高到第5名, 湖北、湖南、山东人口多的省份则排名降低。

3) 我国雷电灾害在全年都可以发生, 从10月到次年3月雷灾发生较少, 4, 5月相对3月雷灾有明显上升, 6-8月为高值, 7月达到峰值, 夏季的6-8月之和占全年的65%以上, 9月则明显降低。我国人员伤亡雷灾的日变化曲线呈现典型的单峰型, 曲线从13:00开始快速上升, 15:00-17:00达到高值, 峰顶16:00为17.1%, 21:00-12:00人员伤亡雷灾只占总数为25.3%, 00:00为谷底。雷灾人员伤亡与闪电活动和人们的作息时间密切相关, 而财产损失雷灾和总雷灾事故的曲线与闪电活动的日变化特征更加相似, 它除了在14:00-17:00的高值区外, 在01:00-04:00相对有次峰出现。

4) 我国雷电灾害受损失的各行业里, 民用领域占40%, 电力部门占17%, 文体教部门占15%, 厂矿仓储行业占14%。而雷电带来的损失最严重的是微电子设施, 比例高达34.5%, 其次是电力设备, 为24.8%, 第三是家用和办公电器为23.1%, 可见随着人们使用越来越多的电子设备, 关注电子设备的防雷将变得越来越重要。

5) 我国雷电灾害中受伤害的农民占总死伤人数的93%, 城市人员仅占7%。统计人员伤亡雷灾数中的雷击地点, 最高的发生在农田, 为32%, 其次为建构筑物为23%, 然后是开阔地为13%, 水域和树下分别是10%和8%。雷击地点多发生在农民的常在环境下, 而且农村的民居等建筑没有普及安装防雷装置, 可见农民是雷灾的主要受害者, 因此解决农村、农民防雷安全防护的工作迫在眉睫。

由于当前我国雷灾调查上报系统不够完善, 人们防雷意识有待提高, 很多雷电造成人员伤亡事故漏报, 尤其是雷击致人受伤事故, 本文统计的我国雷灾中人员受伤与死亡比例是0.96:1, 一般认为雷灾事故中人员伤亡比值在5~10之间^[3], 英国统计为10:1^[4]。减少雷电造成人员死亡的有效方法之一是提供及时有效的医疗急救, 尤其对于雷击造成人员心室纤维性颤动、呼吸中断的情况^[14], 前4 min是抢救的关键时期, 及时对伤者进行心肺复苏术能有效减少雷击死亡的几率。假设我国雷灾中实际伤亡比例为3:1, 再考虑到一定的漏报, 估计近几年我国雷灾每年造成实际人员伤亡约为3000人以上, 可见雷电灾害对于我国人民群众的威胁之大。研究^[15]表明, 地球表面气温每升高1℃, 全球闪电次数将升高17%, 伴随全球变暖, 雷电灾害的威胁将更大。雷电的研究^[16-17]有利于雷电防护技术的提高, 为了减轻雷电灾害, 需要全国上下进一步加强防雷减灾工作, 从本文得到的结果来看, 需要高度重视农村和电子设备的防雷工作, 加强防雷知识的科普宣传, 提高农民的防雷减灾知识和意识, 普及医疗急救知识 (掌握使用心肺复苏术), 同时要加强雷电的科学研究, 提高雷电监测水平和雷电灾害的预警预报能力, 从而切实有效地保护人民群众的生命财产安全, 降低雷电带来的人员伤亡和财产损失。