香港屯門某大廈遭受側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，視頻經過傳播后引起了民眾的興趣，在調侃之余也引發了防雷安全的擔憂。一般民眾都認為雷擊應該擊中屋頂的避雷針等防雷裝置，為何這次香港屯門的雷擊事件，雷電繞開了屋頂的防雷裝置而是打到了側面？老周和同學們通過簡單的仿真計算，從專業角度進行以下分析，如有不準確的地方，歡迎討論指正。

大多數觀測數據表明:下行閃電的連接先導和上行閃電多發生于高大建筑物的尖端拐角處，少部分發生在建筑物的側面，但也有一定概率會發生側擊，所造成的危害不容忽視。所謂側擊就是閃擊點落在建筑物側面的閃擊。由于針對建筑物側面的防雷保護相對薄弱，閃電擊中建筑物側面所形成的巨大沖擊波以及強電磁輻射,對建筑物以及人們的安全造成了極大威脅，因此，認識側擊雷電的過程機理及產生原因十分必要。

老周和學生進行了簡單的建模并開展仿真計算，發現高建筑物上的閃電，一般是擊中建筑物頂部（尖端或頂端拐角處），也有很小的概率會擊中建筑物的側面。影響側擊雷電發生概率的主要因素有建筑物尖端電場畸變值、下行先導的初始電位、先導偏移位置、建筑物幾何特性（高度和寬度）等等。側擊雷電常發生于下行先導距地面距離低于建筑物的高度時，隨著下行先導電位的增加，閃電的發展具有一定空間形態的變化，下行先導更容易向建筑物以外的區域發展，且建筑物尖端畸變值并未達到上行先導的觸發閾值，因此在下行先導不斷發展過程中，會出現擊中建筑物側面的情況。

但在下行先導初始電位過低時，由于閃電發展空間形態近似直線，閃電發展更容易擊中建筑物頂面，擊中建筑物側面及擊中地面的概率減小。先導初始電位過高時，雖然閃電的空間形態變化較為明顯，但建筑物尖端電場畸變值達到上行先導的觸發閾值，下行先導和上行先導相連接，則擊中建筑物側面的概率也較低。一定程度上建筑物越高，受側擊的概率越大，較低的建筑物一般不會受到側擊，而且下行先導在可能擊中建筑物的范圍之內，它的起始點水平距離越遠，受側擊的概率越大。

與下行負地閃不同的是，擊中建筑物的正地閃中，很多會擊中建筑物的側面。總體上看，建筑物尖端被正地閃擊中的概率依然大于側面。造成高建物更容易被正地閃側擊，初步原因可認為：下行正先導不易分叉和負先導始發閾值高這兩個因素。當正地閃擊中建筑物側面和地面時，上行負先導長度一般比較短。由于上行負先導很難始發，所以大多數情況都沒有其它上行未連接先導生成，而且下行正先導通道容易傾斜發展并出現大的轉彎。下行負地閃在這種情況下會全部擊中建筑物的頂端，而很多正地閃會繞過場強最大的建筑物頂端，擊中場強較弱的建筑物側面或地面，這兩類閃電在雷擊點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生側擊雷。

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

（轉自老周說防雷）