香港屯門某大廈遭受側(cè)擊雷事件的理論分析

2023年6月1日，香港屯門一幢居民大廈被拍攝到雷電擊中了一戶中高樓層的居民露臺(tái)，視頻經(jīng)過傳播后引起了民眾的興趣，在調(diào)侃之余也引發(fā)了防雷安全的擔(dān)憂。一般民眾都認(rèn)為雷擊應(yīng)該擊中屋頂?shù)谋芾揍樀确览籽b置，為何這次香港屯門的雷擊事件，雷電繞開了屋頂?shù)姆览籽b置而是打到了側(cè)面？老周和同學(xué)們通過簡單的仿真計(jì)算，從專業(yè)角度進(jìn)行以下分析，如有不準(zhǔn)確的地方，歡迎討論指正。

大多數(shù)觀測(cè)數(shù)據(jù)表明:下行閃電的連接先導(dǎo)和上行閃電多發(fā)生于高大建筑物的尖端拐角處，少部分發(fā)生在建筑物的側(cè)面，但也有一定概率會(huì)發(fā)生側(cè)擊，所造成的危害不容忽視。所謂側(cè)擊就是閃擊點(diǎn)落在建筑物側(cè)面的閃擊。由于針對(duì)建筑物側(cè)面的防雷保護(hù)相對(duì)薄弱，閃電擊中建筑物側(cè)面所形成的巨大沖擊波以及強(qiáng)電磁輻射,對(duì)建筑物以及人們的安全造成了極大威脅，因此，認(rèn)識(shí)側(cè)擊雷電的過程機(jī)理及產(chǎn)生原因十分必要。

老周和學(xué)生進(jìn)行了簡單的建模并開展仿真計(jì)算，發(fā)現(xiàn)高建筑物上的閃電，一般是擊中建筑物頂部（尖端或頂端拐角處），也有很小的概率會(huì)擊中建筑物的側(cè)面。影響側(cè)擊雷電發(fā)生概率的主要因素有建筑物尖端電場(chǎng)畸變值、下行先導(dǎo)的初始電位、先導(dǎo)偏移位置、建筑物幾何特性（高度和寬度）等等。側(cè)擊雷電常發(fā)生于下行先導(dǎo)距地面距離低于建筑物的高度時(shí)，隨著下行先導(dǎo)電位的增加，閃電的發(fā)展具有一定空間形態(tài)的變化，下行先導(dǎo)更容易向建筑物以外的區(qū)域發(fā)展，且建筑物尖端畸變值并未達(dá)到上行先導(dǎo)的觸發(fā)閾值，因此在下行先導(dǎo)不斷發(fā)展過程中，會(huì)出現(xiàn)擊中建筑物側(cè)面的情況。

但在下行先導(dǎo)初始電位過低時(shí)，由于閃電發(fā)展空間形態(tài)近似直線，閃電發(fā)展更容易擊中建筑物頂面，擊中建筑物側(cè)面及擊中地面的概率減小。先導(dǎo)初始電位過高時(shí)，雖然閃電的空間形態(tài)變化較為明顯，但建筑物尖端電場(chǎng)畸變值達(dá)到上行先導(dǎo)的觸發(fā)閾值，下行先導(dǎo)和上行先導(dǎo)相連接，則擊中建筑物側(cè)面的概率也較低。一定程度上建筑物越高，受側(cè)擊的概率越大，較低的建筑物一般不會(huì)受到側(cè)擊，而且下行先導(dǎo)在可能擊中建筑物的范圍之內(nèi)，它的起始點(diǎn)水平距離越遠(yuǎn)，受側(cè)擊的概率越大。

與下行負(fù)地閃不同的是，擊中建筑物的正地閃中，很多會(huì)擊中建筑物的側(cè)面。總體上看，建筑物尖端被正地閃擊中的概率依然大于側(cè)面。造成高建物更容易被正地閃側(cè)擊，初步原因可認(rèn)為：下行正先導(dǎo)不易分叉和負(fù)先導(dǎo)始發(fā)閾值高這兩個(gè)因素。當(dāng)正地閃擊中建筑物側(cè)面和地面時(shí)，上行負(fù)先導(dǎo)長度一般比較短。由于上行負(fù)先導(dǎo)很難始發(fā)，所以大多數(shù)情況都沒有其它上行未連接先導(dǎo)生成，而且下行正先導(dǎo)通道容易傾斜發(fā)展并出現(xiàn)大的轉(zhuǎn)彎。下行負(fù)地閃在這種情況下會(huì)全部擊中建筑物的頂端，而很多正地閃會(huì)繞過場(chǎng)強(qiáng)最大的建筑物頂端，擊中場(chǎng)強(qiáng)較弱的建筑物側(cè)面或地面，這兩類閃電在雷擊點(diǎn)分布特征上有很大差異，可以很好解釋正地閃為什么容易發(fā)生側(cè)擊雷。

有仿真研究過100-600m 高的建筑物被擊中頂部的相對(duì)頻次分別為：0.34、0.50、0.63、0.73、0.80 和 0.82；受側(cè)擊的相對(duì)頻次分別為：0、0.05、0.13、0.23、0.36 和 0.53。側(cè)擊率分別為：0、9%、17%、24%、31%和 39%。它們都與建筑物的高度呈正相關(guān)。整體上，建筑物受側(cè)擊的概率小于被擊中頂部的概率。

（轉(zhuǎn)自老周說防雷）