吴安坤，丁 旻，张淑霞，杨 群，冉启林

(1.贵州省防雷减灾中心，贵州贵阳 550002;2.成都信息工程大学大气科学学院，四川 成都 610225)

0 引言

雷电因其强大的电流、炙热的高温、猛烈的冲击波和强烈的电磁辐射等物理效应而能够在瞬间产生巨大的破坏作用，直接影响着人身安全、经济建设、信息安全、航天安全、军事安全、交通安全、生态安全及体育活动安全［1］。近年来，对于某个区域雷电灾害风险的评价，大多数建立在选取孕灾体、致灾体和承灾体所涉及的因子，将多变量指标转化为单一指标，从危险性和脆弱性两个方面对雷电灾害风险进行易损性区划［2－7］。然而，雷电灾害作为常见的自然灾害之一，可认为是随机发生的风险事件，具有可被测量的不确定性［8］。为此，黄崇福教授提出基于信息扩散理论的自然灾害风险评估方法［9］，并广泛的用于台风暴潮、草原火灾、地震、暴雨、干旱等［10－15］自然灾害风险评估。近年来，国内诸多学者也将信息扩散论引入雷电灾害风险研究中。王春扬等［16］将应用模糊数学理论模型的信息扩散技术，对闽南地区3 地市重大雷灾进行分析，并对其出现的可能性作出雷灾风险预测。栾健等［17］利用信息扩散论方法，分季节提取社会公众对雷电天气的关注度，划分关注度风险等级，为决策者了解社会公众对雷电天气事件关注程度，并为相应决策提供依据和理论参考。

贵州省地处云贵高原东侧，地势由西部海拔2400m 以上降到中部 1200～ 1400m、东部 500～800m，呈现梯级状大斜坡，属是典型的山区省份。全省年平均雷暴日为51天，属多雷暴区［18］;2000年至今，雷电伤亡人数达800 多人，雷电活动频繁、灾情严重。本文将从概率论的角度，基于信息扩散的模糊数学理论，采用贵州84个区县地面气象台站1986—2010年的雷暴日观测数据，进行相应雷暴活动强度分级［19］，分析各区县的雷暴活动强度等级分布，力求得到较为符合实际的评价结果，以获得不同强度等级的概率分布特征及重现率，为当地防雷安全工程设计提供参考依据。

1 方法及指标等级的选取

信息扩散是一种对样本进行集值化的模糊数学处理方法，它可以将单值样本变成集值样本，最简单的模型是一维线性信息分配模型［9］。最原始的形式是信息分配方法，最简单的信息扩散函数是正态扩散函数。将一个分明值的样本点，变成一个模糊集或者说，是把单值样本点，变成集值样本点。具体如下:

设Xi为雷暴发生的样本，某区县m年内实际记录为x1、x2、x3、…xm，则Xi= {x1、x2、x3、…xm}，X为记录样本集合，Xi为样本到实际观测值。

设研究样本指标论域为:

单值观测样本点x其所携带的信息按照式(1)依次扩散到集合U中:

其中h称为扩散系数。可根据样本最大值b和最小值a及样本点个数m来确定。公式为:

令:

相应的模糊子集的隶属函数:

称φxi(uj)为样本点Xi的归一化信息分布，对其进行处理，便可得到一种效果较好的风险评估结果。

令:

其物理意义是:由{x1、x2、x3、…xm}，经信息扩散推断出，如果灾害观测值只能取u1、u2、u3、…un中的一个，在将xi均看作是样本点代表时，观测值为φj的样本点个数ω(uj)。显然ω(uj)通常不是一个正整数，但一定是一个不小于零的数。

易知样本点落在uj处的频率值:

对于Xi= {x1、x2、x3、…xm}，xj取为论域U中的某一个元素uj。显然，超越uj的概率值应为

本文根据GB50343，雷暴活动强度等级划分标准如表1:

表1 雷暴活动强度等级划分标准Tab.1 Grade standard of the thunderstorm activity intensity

2 雷暴活动强度等级分析

本文选取贵州省84个区县气象台站1986—2010年雷暴日观测资料为样本，根据雷暴日数的变化范围，把一维实数空间上的集合［5，100］转变为离散论域。考虑到实际分布情况，构建离散论域 U = {20，25，30，35，40，45，50，55，60，65，70，75，80，85，90，95，100}。各区县扩散系数按h=2.6851(b－a)/(m－1)确定，其中样本点个数m均为25，最大值b 和最小值a 在样本值中逐一确定。根据式(1)～(7)计算，结合雷暴活动强度等级划分标准，分析不同强度等级出现概率(图1)及重现率(表2)。

全省雷暴活动强度分布情况表现为:少雷暴、中雷暴、多雷暴、强雷暴的发生概率分别为低于10.78%、低于61.82%、介于29.42%至99.85之间、低于6.10%，雷暴活动强度大小分布集中在多雷暴区，即雷暴日主要分布在40 至90天。雷暴活动强度区域分布随纬度变化，西南强、北部弱，呈现逐层递增(递减)变化。全省大部分雷暴活动强度属于中、多雷暴区。

其中少雷暴发生呈现北高南低，主要分布在中北部的遵义地区。仁怀、赤水高于5.9%，息烽、金沙、遵义(县)、瓮安、绥阳、桐梓、习水、务川、道真、沿河等地高于1.3%。雷暴日不大于25天最可能发生在北部仁怀、赤水、务川等地，呈现10～20a 一遇。

中雷暴发生分布与少雷暴大致一致，有中北部向南部发展。其中金沙、仁怀、遵义(县)、习水、赤水、务川、道真等地在50%左右，正安、桐梓、绥阳、德江、沿河、凤冈、思南、印江、石阡、赫章、大方、黔西、清镇、花溪、开阳、平塘等中部大部分地区在18.2～40.19%之间，多雷暴发生分布与前两者相反，南高北低，除赤水、习水、仁怀、金沙、遵义(县)、道真等地外，全省发生多雷暴的概率均在50%以上。高值区主要分布在南部、西南部及东北部分区域，包括黔西南、六盘水及毕节、黔南、黔东南、铜仁的部分区县，其发生概率值高于86.51%。

强雷暴发生主要集中在贵州的西南部，集中在安龙、兴仁、盘县三地，大约20a 一遇。晴隆约30a 一遇，水城约60a 一遇，全省绝大部分区域为百年难遇(表2)。

图1 贵州省雷暴活动强度分布概率图Fig.1 The thunderstorm activity intensity probability distribution of Guizhou province

表2 贵州省不同雷暴活动强度发生的重现率Tab.2 Recurrence rate of different thunderstorm activity intensity in Guizhou Province

注:500年以上的表中未列出，用“—”表示

3 结论

本文基于信息扩散的模糊数学理论，根据规范GB50343 划分雷暴活动强度等级，分析各区县雷暴活动强度等级分布情况，为防雷工程的合理化设计提供依据。

(1)全省各区县雷暴活动强度以中、多雷暴区为主，少、中、多、强雷暴的发生概率分别为低于10.78%、低于61.82%、介于29.42%至99.85%之间、低于6.10%;雷暴活动强度区域分布大致随纬度变化，强雷暴、多雷暴、中雷暴、少雷暴频发区呈现由西南向北分布。

(2)西南部安龙、兴仁、盘县等地属全省强雷暴频发区，雷暴日高于90天的可能性高于其他区域，约为20a 一遇;雷暴日不大于25天最可能发生在北部仁怀、赤水、务川等地，呈现10～20a一遇。

(3)防雷工程设计过程中，各区县可参照其不同等级雷暴活动强度的重现率，提出符合建设项目实际情况的防雷安全设计，力求最大化的保障生命财产安全。

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