香港屯門(mén)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(mén)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(guò)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(mén)的雷擊事件，雷電繞開(kāi)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(guò)簡(jiǎn)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(guò)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(jiǎn)單的建模并開(kāi)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(guò)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(guò)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(guò)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(zhǎng)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(méi)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(guò)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(guò)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(shuō)防雷）