香港屯门某大厦遭受侧击雷事件的理论分析

2023年6月1日，香港屯门一幢居民大厦被拍摄到雷电击中了一户中高楼层的居民露台，视频经过传播后引起了民众的兴趣，在调侃之余也引发了防雷安全的担忧。一般民众都认为雷击应该击中屋顶的避雷针等防雷装置，为何这次香港屯门的雷击事件，雷电绕开了屋顶的防雷装置而是打到了侧面？老周和同学们通过简单的仿真计算，从专业角度进行以下分析，如有不准确的地方，欢迎讨论指正。

大多数观测数据表明:下行闪电的连接先导和上行闪电多发生于高大建筑物的尖端拐角处，少部分发生在建筑物的侧面，但也有一定概率会发生侧击，所造成的危害不容忽视。所谓侧击就是闪击点落在建筑物侧面的闪击。由于针对建筑物侧面的防雷保护相对薄弱，闪电击中建筑物侧面所形成的巨大冲击波以及强电磁辐射,对建筑物以及人们的安全造成了极大威胁，因此，认识侧击雷电的过程机理及产生原因十分必要。

老周和学生进行了简单的建模并开展仿真计算，发现高建筑物上的闪电，一般是击中建筑物顶部（尖端或顶端拐角处），也有很小的概率会击中建筑物的侧面。影响侧击雷电发生概率的主要因素有建筑物尖端电场畸变值、下行先导的初始电位、先导偏移位置、建筑物几何特性（高度和宽度）等等。侧击雷电常发生于下行先导距地面距离低于建筑物的高度时，随着下行先导电位的增加，闪电的发展具有一定空间形态的变化，下行先导更容易向建筑物以外的区域发展，且建筑物尖端畸变值并未达到上行先导的触发阈值，因此在下行先导不断发展过程中，会出现击中建筑物侧面的情况。

但在下行先导初始电位过低时，由于闪电发展空间形态近似直线，闪电发展更容易击中建筑物顶面，击中建筑物侧面及击中地面的概率减小。先导初始电位过高时，虽然闪电的空间形态变化较为明显，但建筑物尖端电场畸变值达到上行先导的触发阈值，下行先导和上行先导相连接，则击中建筑物侧面的概率也较低。一定程度上建筑物越高，受侧击的概率越大，较低的建筑物一般不会受到侧击，而且下行先导在可能击中建筑物的范围之内，它的起始点水平距离越远，受侧击的概率越大。

与下行负地闪不同的是，击中建筑物的正地闪中，很多会击中建筑物的侧面。总体上看，建筑物尖端被正地闪击中的概率依然大于侧面。造成高建物更容易被正地闪侧击，初步原因可认为：下行正先导不易分叉和负先导始发阈值高这两个因素。当正地闪击中建筑物侧面和地面时，上行负先导长度一般比较短。由于上行负先导很难始发，所以大多数情况都没有其它上行未连接先导生成，而且下行正先导通道容易倾斜发展并出现大的转弯。下行负地闪在这种情况下会全部击中建筑物的顶端，而很多正地闪会绕过场强最大的建筑物顶端，击中场强较弱的建筑物侧面或地面，这两类闪电在雷击点分布特征上有很大差异，可以很好解释正地闪为什么容易发生侧击雷。

有仿真研究过100-600m 高的建筑物被击中顶部的相对频次分别为：0.34、0.50、0.63、0.73、0.80 和 0.82；受侧击的相对频次分别为：0、0.05、0.13、0.23、0.36 和 0.53。侧击率分别为：0、9%、17%、24%、31%和 39%。它们都与建筑物的高度呈正相关。整体上，建筑物受侧击的概率小于被击中顶部的概率。

（转自老周说防雷）