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184 / 2023-08-31 21:22:28
一次雷击伤人事件的启示
温升；冲击波；爆炸当量；直击雷
摘要待审
0 引言
2017年8月9日18时12分，桂林信义桥上有一男子遭到雷击。国内外没有对直击雷伤人的物理量作具体计算分析的先例。本文结合雷电伤人的实例试对雷电伤人物理量温升、冲击波压力和闪电的TNT当量作出建模测算。以获得防雷启示。
1D雷击基本情况
1.1 雷电流路径
雷击电流从后颈入臀部出，见图1所示。
图1 雷击电流从背部入臀部出
Fig.1 Lightning current flows from the back to the hip
1.2 雷电流强度
经闪电定位查询，见图2所示。在当日17：30至18:30期间以雷击发生点为圆心半径1.5kM范围内仅有两次云地闪，因医院18时12分接到急救电话，剔除18时27分那次，此次雷击准确时间为18时02分36秒，雷电流强度I为负闪击13.3kA。闪电定位与实际最强闪击点的时间和地点具有一定误差，仅供参考[5]。
图2 闪电定位和强度
Fig.2 Lightning location&Lightning current
2 物理量测算
2.1 雷电流通道电阻
根据刘德泉[6]等给出的人体模型（见图3）结合雷电流从背部入臀部出事实，雷电流通道电阻R约为300Ω。
图3 人体模型
Fig.3 Body model to deal with lightning
2.2 温升
根据焦耳定律，雷电流流过雷电流通道时产生热量为[7]
W=
（1）
式中:W为发热量，J；I为电流，A；R为雷电流通道的电阻，Ω；t为雷电流持续时间,s。因为雷电流作用的时间很短，散热影响忽略不计。
通常雷电流持续时间为t=0.0001s[1] ，
将R=300Ω，I=1.33×104A 代入（1）式得到W=5.306 700×106J。
在雷电流通路上由雷电流引起的温升(△T)为[8]
△T=
（2） 式中:△T为温升，℃;m为通过雷电流的物体质量，kg; C为通过雷电流的物体的比热容J/(kg·℃).
根据趋肤效应和现场只是很小的雷电击穿孔，结合人的身高和骑行状态，根据灼烧痕迹可假设雷电通过人体的通道截面为相当于φ12截面大小，长度1米；又假设人体的比热容值与水的比热容相当，取C=4.2×103J/(kg·℃)，皮肤比重也取水的比重1000kg/m3近似代替，可得出△T约为11 172度，可见剧烈温升是雷击致人瞬间倒地灼伤的原因之一。
2.3 冲击波压力
根据冲击波压强公式[8]
PT=P0[1 +β(T1-T0)] （3）
式中：PT为温度为t1时气压，Pa；P0为温度为t0时的气压，Pa； β为容积不变时，温度压力系数，为1/273；T1、T0为气体的温度，℃。
将2.2的温升结果代入，PT约为4.2个大气压。考虑平衡压力P0的存在，实际侧向压强P约为3.2个大气压，假设P0为标准大气压。一个标准大气压是1.013×105Pa。它相当于每平方厘米面积上承受1.0336kg的大气压力，则被雷击者受力侧的面积S按１ｍ２来算的话，他所承受的冲击压力F为
F＝PS （４）
计算结果F为422 973kg，约为423吨，所以被雷击者瞬间被冲击倒地。
2.4 闪电的TNT当量
闪电的TNT当量QTNT为[8]:
（5）
式中:QTNT为闪电的TNT当量，kg；WTNT为TNT爆炸热，一般取4.52 MJ/kg；W为雷电闪击产生的热量，MJ。
将热量W代入式（5），得到QTNT约为1.174 kg，只不过由于雷电爆炸的时间短，雷电爆炸发生在表面，所以没有造成人员死亡。
3 讨论与分析
3.1 自然界存在更强的雷电致灾更强
自然界最大雷电流可达500kA，按此计算温升△T能达到15 789 181℃，约1 579万度；冲击力F能达到597 791 111kg，约60万吨；爆炸当量TNT达到1 659kg，约相当于1.7吨TNT炸药。可见雷电的破坏力惊人。
3.2 防雷指导意义
3.2.1户外雷击无法躲避时应低头并脚抱膝下蹲
作用：
从而降低生命危险的概率。
3.2.2 中小微桥梁也应有防雷装置
本例中该桥无防直击雷装置是造成人车安全不安全的隐患。
4 结论
户外雷击无法躲避时，应并拢双脚低头抱膝下蹲。以使降低跨步电压；降低接闪概率；缩短雷击放电路径，降低雷击伤害体积；降低雷击大脑概率和避免雷电流流过心脏；从而降低生命危险。微小中型桥梁也应有防雷装置保护人车安全。
2017年8月9日18时12分，桂林信义桥上有一男子遭到雷击。国内外没有对直击雷伤人的物理量作具体计算分析的先例。本文结合雷电伤人的实例试对雷电伤人物理量温升、冲击波压力和闪电的TNT当量作出建模测算。以获得防雷启示。
1D雷击基本情况
1.1 雷电流路径
雷击电流从后颈入臀部出，见图1所示。
- 骑电单车被雷击中及闪电光
- 雷击致背部灼伤
- 雷击电流从臀部穿出
- 臀部被雷电烧伤处的车座也被雷击穿
图1 雷击电流从背部入臀部出
Fig.1 Lightning current flows from the back to the hip
1.2 雷电流强度
经闪电定位查询，见图2所示。在当日17：30至18:30期间以雷击发生点为圆心半径1.5kM范围内仅有两次云地闪，因医院18时12分接到急救电话，剔除18时27分那次，此次雷击准确时间为18时02分36秒，雷电流强度I为负闪击13.3kA。闪电定位与实际最强闪击点的时间和地点具有一定误差，仅供参考[5]。
图2 闪电定位和强度
Fig.2 Lightning location&Lightning current
2 物理量测算
2.1 雷电流通道电阻
根据刘德泉[6]等给出的人体模型（见图3）结合雷电流从背部入臀部出事实，雷电流通道电阻R约为300Ω。
图3 人体模型
Fig.3 Body model to deal with lightning
2.2 温升
根据焦耳定律，雷电流流过雷电流通道时产生热量为[7]
W=
（1）式中:W为发热量，J；I为电流，A；R为雷电流通道的电阻，Ω；t为雷电流持续时间,s。因为雷电流作用的时间很短，散热影响忽略不计。
通常雷电流持续时间为t=0.0001s[1] ，
将R=300Ω，I=1.33×104A 代入（1）式得到W=5.306 700×106J。
在雷电流通路上由雷电流引起的温升(△T)为[8]
△T=
（2） 式中:△T为温升，℃;m为通过雷电流的物体质量，kg; C为通过雷电流的物体的比热容J/(kg·℃).根据趋肤效应和现场只是很小的雷电击穿孔，结合人的身高和骑行状态，根据灼烧痕迹可假设雷电通过人体的通道截面为相当于φ12截面大小，长度1米；又假设人体的比热容值与水的比热容相当，取C=4.2×103J/(kg·℃)，皮肤比重也取水的比重1000kg/m3近似代替，可得出△T约为11 172度，可见剧烈温升是雷击致人瞬间倒地灼伤的原因之一。
2.3 冲击波压力
根据冲击波压强公式[8]
PT=P0[1 +β(T1-T0)] （3）
式中：PT为温度为t1时气压，Pa；P0为温度为t0时的气压，Pa； β为容积不变时，温度压力系数，为1/273；T1、T0为气体的温度，℃。
将2.2的温升结果代入，PT约为4.2个大气压。考虑平衡压力P0的存在，实际侧向压强P约为3.2个大气压，假设P0为标准大气压。一个标准大气压是1.013×105Pa。它相当于每平方厘米面积上承受1.0336kg的大气压力，则被雷击者受力侧的面积S按１ｍ２来算的话，他所承受的冲击压力F为
F＝PS （４）
计算结果F为422 973kg，约为423吨，所以被雷击者瞬间被冲击倒地。
2.4 闪电的TNT当量
闪电的TNT当量QTNT为[8]:
（5）式中:QTNT为闪电的TNT当量，kg；WTNT为TNT爆炸热，一般取4.52 MJ/kg；W为雷电闪击产生的热量，MJ。
将热量W代入式（5），得到QTNT约为1.174 kg，只不过由于雷电爆炸的时间短，雷电爆炸发生在表面，所以没有造成人员死亡。
3 讨论与分析
3.1 自然界存在更强的雷电致灾更强
自然界最大雷电流可达500kA，按此计算温升△T能达到15 789 181℃，约1 579万度；冲击力F能达到597 791 111kg，约60万吨；爆炸当量TNT达到1 659kg，约相当于1.7吨TNT炸药。可见雷电的破坏力惊人。
3.2 防雷指导意义
3.2.1户外雷击无法躲避时应低头并脚抱膝下蹲
作用：
- 降低跨步电压；
- 降低接闪概率；
- 缩短雷击放电路径，降低雷击伤害体积；
- 降低雷击大脑和雷电流流过心脏的概率。
从而降低生命危险的概率。
3.2.2 中小微桥梁也应有防雷装置
本例中该桥无防直击雷装置是造成人车安全不安全的隐患。
4 结论
户外雷击无法躲避时，应并拢双脚低头抱膝下蹲。以使降低跨步电压；降低接闪概率；缩短雷击放电路径，降低雷击伤害体积；降低雷击大脑概率和避免雷电流流过心脏；从而降低生命危险。微小中型桥梁也应有防雷装置保护人车安全。
重要日期
-
会议日期
10月21日
2023
至10月22日
2023
-
09月01日 2023
初稿截稿日期
主办单位
中国气象学会
承办单位
中国气象学会雷电委员会
中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室
中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室
联系方式
历届会议
-
2013年10月21日 中国 南京市
第十一届防雷减灾论坛
