《雷电易发性等级划分技术规范》编制说明

《雷电易发性等级划分技术规范》编制说明一、制定背景2016年06月24日，《国务院关于优化建设工程防雷许可的决定》（国发〔2016〕39号）整合建设工程防雷许可中提到“雷电易发区内的矿区、旅游景点或者投入使用的建（构）筑物、设施等需要单独安装雷电防护装置的场所，以及雷电风险高且没有防雷标准规范、需要进行特殊论证的大型项目，仍由气象部门负责防雷装置设计审核和竣工验收许可”，并要求“气象部门要加强对雷电灾害防御工作的组织管理，做好雷电监测、预报预警、雷电灾害调查鉴定和防雷科普宣传，划分雷电易发区域及其防范等级并及时向社会公布”。然而，根据气象观测资料统计，贵州省雷暴日在21～86天之间，年平均雷暴日多达51天，属多雷暴区。全省雷电活动频繁，灾情严重。据不完全统计，1997-2006年发生雷电灾害事故852起，造成320人死亡，361人受伤，人员死伤率位居全国第四。据此，省灾防中心组织技术人员开展雷电易发性技术研究，划分雷电易发性等级，并向社会公众发布。为进一步规范化雷电易发性等级划分技术要求，通过对技术研究成果凝练，特制订该技术标准，有利于科学、规范化地提供雷电灾害防御技术支撑，避免或减少雷电灾害所造成的人员伤亡及财产损失。二、工作简况1、任务来源由贵州省气象灾害防御技术中心向贵州省气象学会申请编制发布团体标准《雷电易发性等级划分技术规范》，形成全省统一的雷电易发性等级划分技术规范，为防雷安全监管和防雷安全重点单位雷电防御提供统一的技术支撑。该标准由贵州省气象学会提出并归口，起草单位为贵州省气象灾害防御技术中心、贵州省省气象服务中心。2、主要工作过程2016年10-12月，省防雷中心组织技术人员根据国发〔2016〕39号文件要求，开展贵州省雷电易发性划分技术研究，完成贵州省雷电易发性区划及防范等级技术研究报告，并向社会公布《贵州省雷电易发性区划图》，成果依托市州气象局在全省推广应用。2019年12月，省气象灾害防御技术中心组织技术人员更新全省地理信息数据，修订《贵州省雷电易发性区划图》，经省气象局政策法规处审查后，通过“贵州气象在线”向社会公布。2020年1月至2020年3月，相关技术人员对收集整理GB50057、GB/T19663、GB50343、GB/T21714.2、GB/T37047等国家标准以及相关行业标准，国内外和其他行业的相关技术资料等参考资料。2020年4月至2021年8月，确定标准结构。在前期工作基础上对标准初步框架提出总体意见，组织编写人员进行反复论证；并予以确定，对标准的编写具体内容做好具体分工。2020年9月至2021年3月，完成标准主要内容编写。组织对标准争论部分的确认，审定标准内容及组成。2021年4月至2021年12月，完成初稿。进一步开展调研和广泛意见，向国内专家和一线技术人员征求意见。2022年1月至2022年6月底，完成征求意见稿。3、主要起草人及其所做的工作标准编写组，人员构成如下：组长（主编）：吴安坤成员：丁旻、李迪、张弛、张淑霞、刘波、陈宇、张世谨、杨群、邵莉丽、张建军、陈春4、主要内容本标准共有五个章节和两个资料性附录，主要内容有：范围、规范性引用文件、术语和定义，一般规定、雷电易发性区划及技术方法等。三、制定标准的原则和依据，与现行法律、法规、标准的关系，国内外现行相关法律、法规和标准情况；（1）制标过程遵循《中华人民共和国标准法》、《中华人民共和国气象法》、《贵州省防雷减灾管理办法》等法律和中国气象局《防雷减灾管理办法》等部门规章。（2）本标准中计量单位采用法定计量单位。（3）本标准的格式，编制和表达方法，按国家标准的要求制订。（4）本标准与现行法律、法规和强制性标准无冲突。（5）标准查询情况目前，尚无雷电易发性等级划分方面的技术标准。四、主要条款的说明及确定依据5.1雷电易发性等级划分宜采用多种雷电监测资料融合。雷电易发性反映区域闪电活动的发生情况，由于受监测方式、地形环境等因素的影响，单一的雷电监测资料无法客观反映局部区域雷电活动情况，存在一定的盲区。采用贵州省二维雷电监测资料、贵州省三维雷电监测资料、贵州省人工雷电观测资料以及OTD/LIS星载闪电探测资料相互融合、补充，弥补相互之间探测方式的不足。闪电密度是单位面积内年均闪电活动发生的次数，表征雷电活动频繁程度。因此，采用闪电密度作为雷电易发性区划等级数据指标。具体技术路线如下所示：图1雷电易发性区划技术路线基于ADTD闪电监测资料、VLF/LF三维闪电监测资料、OTD/LIS星载闪电资料以及人工观测雷暴日四种雷电监测资料，通过点密度分析、IDW插值等方法获取密度分布并按区县统计平均闪电密度，进一步采用投影寻踪获取权重分别为0.3301、0.2346、0.1925、0.2428，生成贵州省闪电密度分布情况如图2所示。贵州省年均闪电密度介于0.16-7.15次/km2之间，呈地域性差异分布，西部高于东部，整体分布呈现由西向东递减。其中六枝中北部、织金中西部、水城东部一带为全省闪电密度极高值区，年均闪电密度高于7.00次/km2；都匀南部、平塘东部、独山、荔波西北部一带，以及凯里东部、雷山北部、施秉南部、镇远南部、锦屏、剑河、天柱、黎平、从江一带闪电密度小于2.00次/km2。图2贵州省综合闪电密度分布（次/km2）5.5按密度值的大小，雷电易发性区划等级宜采用自然断点法划分为高易发区、中易发区、低易发区。——高易发区：闪电密度值在3.92次/km2及以上的区域；——中易发区：闪电密度值大于2.41次/km2，不超过3.92次/km2的区域；——低易发区：闪电密度值小于等于2.41次/km2的区域；（1）等级数的确定《建筑物电子信息系统防雷设计规范（GB50343）》中根据各地区年均雷暴日统计数据的大小，按照区县级行政区域对雷暴依次划分为少、中、多、强四级（表1）。表1雷暴活动强度等级划分标准少雷区中雷区多雷区强雷区雷暴日X≤2525＜X≤4040＜X≤90X＞90根据贵州省各区县近50年雷暴日资料显示，雷暴日极值介于21-86天之间，未出现大于90天的情况，仅出现少、中、多雷暴区三种情况。据此本文将贵州省雷电易发区划分为高、中、低三级。（2）分级方法的确定常见的分级方法有等距分类、分位数分类、自然断点分类、几何间隔分类。其中等距分类是将属性值的范围划分为若干个大小相等的子范围。分位数分类，又叫等量分类，每个类都含有相等数量的要素，即每一类的数目个数相同。自然间断分类，亦称Jenks优化方法，属于数据聚类方法，采取重复迭代过程，使得类内方差最小化、类间方差最大化。几何间隔分类，根据具有几何系列的组距创建分类间隔，每个类的元素数的平方和最小化，确保每个类范围与其所拥有的值的数量大致相同。综合比较四种分类方法，提出方差拟合优度GVF进行评价，GVF越大，分类效果越好。具体公式如下：（1）（2）（3）其中，SDCM为类方差和，SDAM为原始数据方差。显然，对于一确定的数据序列，SDAM为常数，SDCM主要与分类方法及分类数k有关。为选取合适的分级方法，使得等级划分更为科学合理，将生成的地闪密度值格点划分为三级，分别采用等距、分位数、自然间断分类、几何间隔分类，得到的分级端点值如表2所示：表2不同分类方法端点值分类方法分级端点等距分类0.162.494.827.15分位数分类17.15自然间断分类0.162.413.927.15几何间隔分类0.162.284.617.15代入式（1）-（3）中，计算四种分类方法对应的类方差和、原始数据方差以及拟合优度如表所示：表3不同分类方法拟合参数分级方法SDCMSDAMGVF等距分类0.31331.21040.7412分位数分类0.54661.21040.5484自然间断分类0.16321.21040.8652几何间隔分类0.28911.21040.7611由表3所示：自然间断分类方法中类方差和SDCM最小，方差拟合优度GVF最大，分级端点值的选取依次优于几何间隔分类、等距分类、分位数分类，因此，以下将采用自然断点分级法进行贵州省雷电易发性等级划分。（3）分级断点确定将易发等级划分为高、中、低三级，将划分的范围为0.005°×0.005°，638389个格点的闪电密度值进行自然断点分类，如图3所示得到2.4101、3.9169两个断点，以此对贵州省闪电密度分布进行自然断点分级，划分易发区等级如表4所示。图3采样断点分布表1的两个断点2.4101、3.9169为统计的年均闪电密度值，根据GB50057中雷击大地密度与雷暴日之间的关系，两个断点值对应的雷暴日数约为24、39天，这与GB50343中对少、中、多雷暴区范围界定时的端点值25、40天非常吻合，说明采用自然断点分级法得到的两个断点进行易发区等级划分是较为合理的。表4易发区等级划分序号范围（次/km2）易发区等级1≤2.4101低易发区22.4102-3.9169中易发区3≥3.9170高易发区（4）贵州省雷电易发性区划结果图4贵州省雷电易发性等级划分五、主要试验（或验证）的测试报告、相关技术和经济影响论证本标准不涉及相关试验。本标准提出雷电易发性等级划分方法，融合多种闪电监测资料补充，弥补相互之间探测方式的不足，生成综合闪电密度分布。各雷电灾害防御重点单位及行业结合自身特点，按照国家有关标准及相关建设工程防雷主管部门要求做好雷电灾害防御工作。各级气象主管机构切实履行防雷安全监管职责，抓牢抓实防雷安全管理，及时发现和消除雷电灾害防御重点单位的雷电灾害安全隐患，切实保障经济发展和人民生命财产安全。六、重大意见分歧的处理依据和结果无。七、预期的社会经济效益及贯彻实施标准的要求、措施等建议通过本标准的制定和贯彻执行，规范化雷电易发性等级划分技术，为整合部分建设工