《雷電活動(dòng)等級(jí)》編制說(shuō)明

《雷電活動(dòng)等級(jí)》編制說(shuō)明一、工作簡(jiǎn)況（一）任務(wù)來(lái)源根據(jù)呼和浩特市推進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化工作小組領(lǐng)導(dǎo)小組2023年7月12日下發(fā)的《關(guān)于下達(dá)2023年度呼和浩特市地方標(biāo)準(zhǔn)制修訂項(xiàng)目計(jì)劃的通知》（呼推標(biāo)辦發(fā)〔2023〕8號(hào)）文件要求，文件名稱為《雷電活動(dòng)等級(jí)》。（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(jiàn)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(biāo)準(zhǔn)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(dòng)的重要?dú)庀蠹夹g(shù)支撐雷暴現(xiàn)象是一種產(chǎn)生于強(qiáng)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(duì)流性天氣現(xiàn)象，是我國(guó)主要的氣象災(zāi)害之一。雷暴，尤其是云對(duì)地間的放電，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)帶來(lái)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(shè)施帶來(lái)不同程度的經(jīng)濟(jì)損失，甚至導(dǎo)致人員傷亡。這一災(zāi)害不僅被聯(lián)合國(guó)列為“最嚴(yán)重的十種自然災(zāi)害之一”，而且被國(guó)際電工委員會(huì)稱為“電子時(shí)代的一大公害”。根據(jù)國(guó)務(wù)院辦公廳《國(guó)務(wù)院辦公廳關(guān)于開(kāi)展第一次全國(guó)自然災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)普查的通知》的要求，2021年，內(nèi)蒙古自治區(qū)氣象部門啟動(dòng)了氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)普查工作，其中雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)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(fēng)險(xiǎn)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(guān)于推進(jìn)氣象事業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的意見(jiàn)》，大力推動(dòng)了重大規(guī)劃、重點(diǎn)工程項(xiàng)目等氣候可行性論證工作。雷電作為氣候可行性論證的關(guān)鍵組成部分，在高影響天氣和關(guān)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(xué)依據(jù)目前，氣象科普和科學(xué)研究領(lǐng)域依然將雷暴日作為唯一表征本地雷電活動(dòng)情況的氣象參數(shù)。雷暴日的定義是某個(gè)地區(qū)在本地日歷天數(shù)內(nèi)聽(tīng)見(jiàn)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(shí)際監(jiān)測(cè)范圍通常只有約25km左右。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50057-2010第3章）要求，建筑物的年預(yù)計(jì)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(yù)計(jì)雷擊次數(shù)以雷擊大地的年平均密度作為的計(jì)算因子，并對(duì)計(jì)算地閃密度的雷暴日提出了明確要求，即“應(yīng)按當(dāng)?shù)貧庀笈_(tái)、站資料確定”。然而，各類技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于呼和浩特市雷暴日的描述目前僅有中國(guó)氣象局雷電防護(hù)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(yuǎn)，且其覆蓋范圍過(guò)大，不能精確到縣級(jí)行政區(qū)，與現(xiàn)行規(guī)范要求以平方公里計(jì)算雷擊大地密度相差甚遠(yuǎn)，因此“34.3天”這一數(shù)據(jù)已經(jīng)無(wú)法準(zhǔn)確描述呼和浩特市雷電活動(dòng)的規(guī)律。同時(shí)，對(duì)于地閃密度的計(jì)算，僅有《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50057-2010第A.0.2條）提出了對(duì)地閃密度的計(jì)算公式，該公式對(duì)呼和浩特地區(qū)地閃密度的計(jì)算結(jié)果對(duì)比監(jiān)測(cè)地閃密度偏差較大，不能準(zhǔn)確體現(xiàn)出呼和浩特市地區(qū)實(shí)際的地閃密度。為此，本文件依托全國(guó)第一次自然災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)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(cè)與自動(dòng)觀測(cè)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(tái)、站為基礎(chǔ)，重新確定當(dāng)?shù)啬昶骄妆┤栈蚶讚舸蟮啬昶骄芏?，以表征呼和浩特市新城區(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(dòng)規(guī)律。通過(guò)量化雷電活動(dòng)等級(jí)，不僅可以為我市氣象科普和科學(xué)研究提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)參考，同時(shí)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(xué)、準(zhǔn)確的理論依據(jù)。三、主要起草過(guò)程（一）收集資料、調(diào)查研究、提出標(biāo)準(zhǔn)初稿本文件收集了內(nèi)蒙古自治區(qū)119個(gè)氣象站1961年至2013年的人工觀測(cè)雷暴日數(shù)據(jù)及2013年至2022年ADTD閃電定位儀觀測(cè)記錄的地閃數(shù)據(jù)，利用聚類算法進(jìn)行計(jì)算后分區(qū)，將呼和浩特市9個(gè)旗（縣、區(qū)）按照雷電雷暴日與地閃相關(guān)性劃分為4類區(qū)域。同時(shí)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(shù)規(guī)范》（GB/T50343—2012）等標(biāo)準(zhǔn)制訂形成討論稿。（二）成立標(biāo)準(zhǔn)起草工作組按照《關(guān)于下達(dá)2023年度呼和浩特市地方標(biāo)準(zhǔn)制修訂項(xiàng)目計(jì)劃的通知》文件要求，2023年1月成立了標(biāo)準(zhǔn)起草工作組，工作組成員均為長(zhǎng)期從事雷電防御、氣象服務(wù)相關(guān)工作人員，具有較豐富的專業(yè)知識(shí)及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，熟悉觀測(cè)業(yè)務(wù)，并了解標(biāo)準(zhǔn)化工作的相關(guān)規(guī)定，具有較強(qiáng)的文字表達(dá)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(jìn)度要求，責(zé)任落實(shí)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(xiàng)論證審查會(huì)上專家提出的意見(jiàn)和建議，在初稿的基礎(chǔ)上進(jìn)一步進(jìn)行了修改，形成了本文件的工作組討論稿。（四）召開(kāi)地方標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)會(huì)2023年6月28日呼市氣象局組織召開(kāi)了呼市地方標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目的立項(xiàng)論證審查會(huì)，會(huì)議邀請(qǐng)了內(nèi)蒙古自治區(qū)質(zhì)量和標(biāo)準(zhǔn)化研究院、內(nèi)蒙古自治區(qū)氣象局、呼和浩特市市場(chǎng)監(jiān)督管理局和呼和浩特市氣象局的專家參加，會(huì)上項(xiàng)目負(fù)責(zé)人匯報(bào)了本文件的編制思路、初稿編寫內(nèi)容和前期準(zhǔn)備工作等情況。會(huì)議對(duì)該標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行立項(xiàng)，確定了標(biāo)準(zhǔn)的框架及主要內(nèi)容，并提出修改補(bǔ)充意見(jiàn)。（五）發(fā)函征求專家意見(jiàn)暫無(wú)（六）形成送審稿暫無(wú)（七）召開(kāi)地方標(biāo)準(zhǔn)審查會(huì)，形成報(bào)批稿暫無(wú)四、制定標(biāo)準(zhǔn)的原則和依據(jù)，與現(xiàn)行法律、法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)系（一）標(biāo)準(zhǔn)編制原則本文件按照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定要求起草。遵循科學(xué)、準(zhǔn)確、客觀、定量、適用的原則。文本的編制力求表述規(guī)范，用語(yǔ)準(zhǔn)確、簡(jiǎn)練，結(jié)構(gòu)合理。1、連續(xù)性原則目前對(duì)于地閃密度的計(jì)算方法普遍參考標(biāo)準(zhǔn)：《基于雷電定位系統(tǒng)（LLS）的地閃密度總則》（GB/T37047—2022），它是由國(guó)家機(jī)場(chǎng)監(jiān)督管理總局和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)于2022年共同發(fā)布，2023年2月1日實(shí)施，是行業(yè)內(nèi)對(duì)確定地閃密度方法的權(quán)威性文件，本文件在地閃密度、地閃歸集、觀測(cè)年限、觀測(cè)區(qū)域、網(wǎng)格單元大小及邊界效應(yīng)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(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)普查工作中獲取的資料基礎(chǔ)上利用大數(shù)據(jù)分析方法，并結(jié)合市場(chǎng)上工程計(jì)算、論證以及評(píng)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(dòng)等級(jí)》，完成后要普遍應(yīng)用于呼和浩特市氣象科普、氣象科學(xué)研究、各旗縣區(qū)氣候論證、區(qū)域規(guī)劃、工程計(jì)算等多領(lǐng)域中。本文件在給出呼和浩特市各旗縣地閃密度計(jì)算方法外，為方便全社會(huì)各領(lǐng)域，特別是無(wú)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(guān)數(shù)據(jù)提供了切實(shí)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(dòng)等級(jí)方法提供依據(jù)。在行業(yè)內(nèi)對(duì)雷暴日數(shù)的規(guī)定年代較為久遠(yuǎn)，且沒(méi)有按縣級(jí)行政區(qū)提供雷暴日的數(shù)據(jù)；同時(shí)，對(duì)于地閃密度的確定方法，沒(méi)有較為適用于呼和浩特市各地區(qū)的計(jì)算公式。本文件力求通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化的計(jì)算方法，結(jié)合人工觀測(cè)雷暴日數(shù)據(jù)和ADTD閃電定位儀觀測(cè)記錄的地閃數(shù)據(jù)，同時(shí)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(duì)全區(qū)地閃數(shù)據(jù)進(jìn)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(dòng)等級(jí)指標(biāo)。（二）標(biāo)準(zhǔn)編制依據(jù)本文件以人工觀測(cè)雷暴日和閃電定位數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，根據(jù)雷電活動(dòng)在空間上有很強(qiáng)的聚集性這一特點(diǎn)，從市場(chǎng)上對(duì)雷電活動(dòng)數(shù)據(jù)的實(shí)際需求情況以及提高雷電活動(dòng)表征參數(shù)兩個(gè)方面考慮，給出了我市雷電活動(dòng)分級(jí)方法、雷電活動(dòng)等級(jí)（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(jí)”——在現(xiàn)行規(guī)范中，只有國(guó)標(biāo)GB50343—2012中附錄F統(tǒng)計(jì)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(gè)值來(lái)代表全市雷電活動(dòng)情況顯然并不科學(xué)，所以本文件按縣域重新統(tǒng)計(jì)計(jì)算并給出了我市年均雷暴日。2) “5.2.1.3Ng值計(jì)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(jí)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(shè)計(jì)規(guī)范》中附錄F要求，此處單位時(shí)間為年，考慮到實(shí)際應(yīng)用，單位面積為計(jì)算者自行設(shè)定面積。4) “5.2.2.2地閃密度計(jì)算方法”——根據(jù)《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》給出的地閃密度計(jì)算方法：Ng=0.1Td經(jīng)計(jì)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(diǎn)聚類結(jié)果新計(jì)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(xì)情況如表1所示：表1擬合公式誤差對(duì)比表旗（縣、區(qū)）監(jiān)測(cè)地閃密度本文件關(guān)系式地閃密度GB50057估算地閃密度相對(duì)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(biāo)準(zhǔn)的關(guān)系本標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)《氣象災(zāi)害防御條例》等文件精神，按GB/T1.1-2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》要求進(jìn)行編寫，并主要參考了以下國(guó)家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：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(shù)規(guī)范五、主要條款的說(shuō)明，主要技術(shù)指標(biāo)、參數(shù)、試驗(yàn)驗(yàn)證的論述（一）主要條款的說(shuō)明本文件規(guī)定了雷電活動(dòng)等級(jí)劃分的原則和等級(jí)。本文件適用于雷電的監(jiān)測(cè)、服務(wù)、防災(zāi)減災(zāi)等業(yè)務(wù)和工程計(jì)算、科學(xué)研究工作，以及其他行業(yè)與雷電相關(guān)的領(lǐng)域。（二）主要技術(shù)指標(biāo)、參數(shù)、試驗(yàn)驗(yàn)證的論述呼和浩特市總面積1.72萬(wàn)平方公里，設(shè)有7個(gè)氣象觀測(cè)站以及1部ADTD閃電定位設(shè)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(dòng)差別較大。不同的地形地貌周邊區(qū)域的雷電活動(dòng)規(guī)律有明顯的區(qū)別，特別是在其交界處往往雷電活動(dòng)會(huì)更加頻繁，直接對(duì)Ng、Td的關(guān)系進(jìn)行分析會(huì)很難找出較為準(zhǔn)確的統(tǒng)一表達(dá)式。如果按照地形或行政區(qū)域進(jìn)行分類后研究，由于氣象站點(diǎn)分布不均勻，則會(huì)在某個(gè)區(qū)域出現(xiàn)分析數(shù)據(jù)缺失、Ng和Td相關(guān)性不強(qiáng)的情況。鑒于以上原因，將現(xiàn)有氣象站數(shù)據(jù)進(jìn)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(dòng)的必要前提之一?；诶纂娀顒?dòng)在空間上有很強(qiáng)的聚集性這一特點(diǎn)，本文件借助內(nèi)蒙古行政區(qū)域內(nèi)的119個(gè)氣象站的雷電活動(dòng)數(shù)據(jù)，利用聚類算法對(duì)呼和浩特市9個(gè)旗縣區(qū)區(qū)域進(jìn)行了分類，并對(duì)每個(gè)子類單獨(dú)進(jìn)行回歸分析，從而擬合出每一類站點(diǎn)Ng與Td的關(guān)系式。圖2縣級(jí)行政區(qū)域分類情況對(duì)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(guān)系數(shù)為0.02-0.23，相關(guān)性較弱。采用聚類算法之后，其相關(guān)系數(shù)為0.73-0.93，均值為0.84，相關(guān)性極強(qiáng)。本文件以人工觀測(cè)雷暴日數(shù)據(jù)和閃電定位數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，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(cè)雷暴日與地閃密度關(guān)系式，實(shí)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(jí)劃分、地閃密度等級(jí)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(guān)系式。六、重大意見(jiàn)分歧的處理依據(jù)和結(jié)果無(wú)七、采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)或國(guó)外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)的，說(shuō)明采標(biāo)程度，以及國(guó)內(nèi)外同類標(biāo)準(zhǔn)水平的對(duì)比情況無(wú)。八、推廣實(shí)施（包括實(shí)施措施，實(shí)施方向，如以標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)開(kāi)展的產(chǎn)業(yè)推進(jìn)、行業(yè)管理等有關(guān)活動(dòng)，預(yù)期的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和生態(tài)效益等）（一）實(shí)施措施1、為科學(xué)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(cè)雷暴日數(shù)據(jù)和地閃數(shù)據(jù)，同時(shí)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(guān)領(lǐng)域的科研工作提供了技術(shù)支撐。2、為工程計(jì)算提供精準(zhǔn)依據(jù)在《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50057-2010）第3章中規(guī)定，建筑物的年預(yù)計(jì)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(jì)算關(guān)系式，使得在工程計(jì)算中能夠更加準(zhǔn)確、客觀的得出建筑物的年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)，以便于建筑物雷電防護(hù)裝置的設(shè)計(jì)等相關(guān)工作的開(kāi)展。3、為氣候可行性論證、區(qū)域規(guī)劃等工作提供技術(shù)支持在進(jìn)行氣候可行性論證和區(qū)域規(guī)劃等相關(guān)工作中，雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估是