閃電監(jiān)測資料分析及雷災分布特征研究*

林念萍 吳榮軍 華立新 王 輝 楊 春

(1.南京信息工程大學環(huán)境科學與工程學院，江蘇南京210044;2.蒼南縣氣象局，浙江蒼南325800;3.額爾古納市氣象局，內(nèi)蒙古 額爾古納022250;4.溫州市氣象局，浙江 溫州325027)

0 引言

閃電是一種復雜的大氣物理現(xiàn)象，是由帶電荷的云層內(nèi)部、云層與云層之間或者云層與大地(云地)之間一種長距離瞬間放電現(xiàn)象，具有大電流、高電壓、強電磁輻射、隨機分散性、突發(fā)性、破壞性、瞬時性、三維性等特征［4］。近年來隨著社會經(jīng)濟發(fā)展水平在不斷提高，受多種因素的影響，閃電造成的破壞日趨嚴重。據(jù)統(tǒng)計全世界平均每分鐘發(fā)生雷電2000次，全球每年因雷擊造成的人員傷亡超過1萬人，所導致的爆炸、火災、電力線路故障、通信中斷等事故時有發(fā)生。目前國內(nèi)外對閃電監(jiān)測資料分析及雷災分布特征的研究很多。如郭虎等［1］對北京市自然雷電與雷電災害的時空分析特征進行分析;劉垚等［2］對杭州市雷電活動特征及雷電災害風險區(qū)劃進行了研究;李霞等［3］對蘇州地區(qū)雷電分布規(guī)律及對農(nóng)村安全的影響進行了分析。在國內(nèi)研究的區(qū)域范圍基本限于國家、省、市3級，針對縣(鄉(xiāng)鎮(zhèn))一級的并不多見?？h(鄉(xiāng)鎮(zhèn))一級閃電及災害活動規(guī)律的精細化研究是當前農(nóng)村防雷減災迫切需要解決的課題之一。

蒼南縣平原占1/3，山區(qū)、半山區(qū)占2/3。其中平原地區(qū)河道密布，地理環(huán)境特殊復雜，屬閃電災害高發(fā)地區(qū)。雷擊造成人員傷亡、建筑物受損、輸變電線路、通信線路故障以及電氣、電子信息系統(tǒng)設(shè)備受損的事故頻發(fā)，給人民群眾生命財產(chǎn)安全構(gòu)成極大的威脅，如何將閃電災害損失減少到最低是當前各級政府迫切需要解決的問題。通過對蒼南縣閃電監(jiān)測資料分析及雷災分布特征進行研究，進一步了解到蒼南縣行政區(qū)域內(nèi)閃電及災害的活動規(guī)律和分布特征，從而為編制蒼南縣閃電災害防御規(guī)劃、閃電監(jiān)測預警、雷擊風險評估、防雷裝置設(shè)計提供科學的依據(jù)，對蒼南縣科學、有效地防御和減少閃電災害發(fā)生具有現(xiàn)實的指導意義。

1 資料來源與區(qū)域概況

1.1 數(shù)據(jù)來源

研究中所使用的數(shù)據(jù)主要包括:浙江省閃電監(jiān)測網(wǎng)的2007—2011年蒼南縣閃電監(jiān)測數(shù)據(jù);1996—2011年(未包括1997，2001—2003年雷災資料)溫州市雷災統(tǒng)計資料。

1.2 區(qū)域概況

蒼南位于浙江省東南隅，東與東南瀕臨東海，西南毗連福建省福鼎縣，西鄰泰順縣，北與平陽、文成兩縣接壤。陸地界于 E120°07'～121°07'，N27°06'～ 27°36'。領(lǐng)海位于 N27°00'～27°32'48″，E121°07'向東至水深 200 m 等深線以內(nèi)。陸地總面積為1261.08 km2，海岸線長168.88 km，全縣灘涂面積約1萬 hm2(圖1)。屬中亞熱帶海洋性季風區(qū)氣候，溫暖濕潤，雨水充沛，夏無酷熱，冬無嚴寒。由于地形復雜，又受臺風及季風影響，山地、丘陵、平原之間小氣候區(qū)差距較大。特殊的地理位置和氣候使得蒼南縣成為浙江省氣象災害多發(fā)和重發(fā)地區(qū)之一，災害種類多、頻率高、季節(jié)性強、危害大。近年來，隨著全球變暖和經(jīng)濟社會的發(fā)展，極端天氣氣候事件增加，氣象災害造成的損失有明顯上升趨勢，嚴重制約著蒼南縣地方經(jīng)濟和社會發(fā)展。

2 閃電監(jiān)測資料分析

2.1 地閃時間分布特征

2.1.1 地閃年際分布特征

圖1 蒼南縣衛(wèi)星地圖

分析2007—2011年各月閃電監(jiān)測資料如表1所示，分析發(fā)現(xiàn)蒼南縣累計總閃次數(shù)為15345次/a，平均總閃次數(shù)為3069次/a，累計正閃次數(shù)為1099次/a，平均正閃次數(shù)為220次/a，累計負閃次數(shù)為14246次/a，平均負閃次數(shù)為2849次/a，平均負閃占平均總閃的比例為92.8%，平均正閃占平均總閃的比例為7.2%，以負閃為主導。其中2011年為閃電高發(fā)年份，總閃次數(shù)為6794次/a，占全市總閃次數(shù)比例最高(45.6%)，2008年為閃電低發(fā)年份，總閃次數(shù)為1368次/a，占全市總閃次數(shù)比例最低(33%)。

表1 2007—2011年蒼南縣的地閃次數(shù) 次/a

2.1.2 地閃月分布特征

如圖2所示，蒼南縣每年閃電主要集中在5—9月份，其中以7，8月總閃次數(shù)最多，以閃電高發(fā)年份2011年為例，7，8月總閃次數(shù)分別占全年總閃次數(shù)的25.6%和51.8%，6—8月發(fā)生的總閃次數(shù)占了90.2%，因此這個季節(jié)是預防閃電災害的重要季節(jié)。

2.1.3 地閃時段分布特征

圖2 蒼南縣2007—2011年各月地閃總次數(shù)

從圖3可以看出，最高時段除2009年14時的479次和2011年19時的1321次，其他年份最高時段均在15時。盡管每年發(fā)生的總閃次數(shù)不同，總體上高發(fā)時段除2010，2011年分布有所不同，分別在13—18時和18—21時、13—16時和16—21時兩個時間段同時呈雙峰型分布外，其余年份基本一致，主要集中在13—17時，呈單峰狀分布。這主要與午后出現(xiàn)強對流天氣關(guān)系極為密切，因此午后傍晚出行應注意預防閃電災害發(fā)生意外。

2.2 地閃空間分布特征

圖4 蒼南縣2007—2011年閃電平均密度分布圖

圖3 蒼南縣2007—2011年各時段總閃次數(shù)日變化

圖4 給出了蒼南縣2007—2011年閃電平均密度分布圖，閃電密度存在明顯的地域差異，地閃平均密度如表2所示，由表2可見閃電的密度分布與地形有著很大的關(guān)系，山區(qū)閃電密度較高，平原沿海地區(qū)閃電密度分布較低，主要集中在西北地區(qū)，整體呈現(xiàn)“北多南少，西密東疏”的空間分布特征。

表2 2007—2011年蒼南縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)平均地閃密度次/(km2·a)

2.3 地閃強度分布特征

將2007—2011年各年總閃按各強度等級閃電次數(shù)所占當年總閃次數(shù)的比例繪成曲線，如圖5所示，可以看出總閃各強度等級總體上在15～45 kA之間呈正態(tài)分布，但2010，2011年閃電強度等級主要集中在5～15 kA，其中2010，2011年5～10 kA的比例較高，分別為29.2%和20.9%，10～15 kA的比例居第二，分別為17.5%和15.6%。

圖6 給出的是正負閃取絕對值后的蒼南縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)最大強度值分布圖，可以看出2010，2011年閃電強度極值分布較為明顯，負地閃最大強度分別為811.65和797.88 kA，如此強度可能為遠場折算值，存在一定的誤差，實際閃擊強度值有待科學監(jiān)測設(shè)備進一步校驗。2010年閃電強度高值區(qū)分別為礬山鎮(zhèn)、靈溪鎮(zhèn)、橋墩鎮(zhèn)，2011年分別為礬山鎮(zhèn)、靈溪鎮(zhèn)、藻溪鎮(zhèn)。其中靈溪鎮(zhèn)2007，2011年兩次出現(xiàn)全縣最大負地閃，強度分別為225.3 和 797.88 kA，橋墩鎮(zhèn) 2008，2010 年兩次出現(xiàn)全縣最大負地閃，強度分別為440.3和811.65 kA，龍港鎮(zhèn)在2009年出現(xiàn)全縣最大負地閃，強度為378.6 kA，從產(chǎn)生的閃電最大值上看均為負地閃，由此可見負地閃強度影響遠大于正地閃。

圖6 蒼南縣2007—2011年各鄉(xiāng)鎮(zhèn)地閃強度最大值分布圖

3 雷災分布特征

根據(jù)2006—2011(未包括1997，2001—2003年雷災資料)年蒼南縣閃電災害統(tǒng)計資料顯示，蒼南縣閃電災害在時間上分布較為集中。在全縣27次閃電災害中，25次發(fā)生在5—9月，傷亡人數(shù)8人，死亡3人，在時段的分布上主要集中在13—20時，閃電災害的事故主要集中在雷電電磁脈沖(LEMP)對電力電子和通信設(shè)備造成的破壞，直擊雷造成房子受損的情況較少，這也反映了電氣和電子系統(tǒng)時代閃電災害的新特點。閃電造成人身傷亡的事故占有一定的比例，這與蒼南縣的農(nóng)村人口分布比例以及農(nóng)村防雷意識淡薄和措施不到位有一定的關(guān)系。蒼南縣閃電災害在鄉(xiāng)鎮(zhèn)的分布主要集中在中北部，統(tǒng)計受災前3名的分別是龍港鎮(zhèn)7次、礬山鎮(zhèn)6次、靈溪鎮(zhèn)5次，平原沿海鄉(xiāng)鎮(zhèn)受災情況較輕，這與閃電密度分布圖基本一致。圖7給出了蒼南縣1996—2011年的雷電災害頻度分布特征?？梢钥闯鳊埜坻?zhèn)是蒼南縣統(tǒng)計閃電災害最嚴重的地區(qū)，全縣閃電災害主要發(fā)生鄉(xiāng)鎮(zhèn)分布與閃電密度分布特征基本對應。

圖7 蒼南縣閃電災害頻次鄉(xiāng)鎮(zhèn)分布圖

4 結(jié)語

1)蒼南縣閃電時間分布特征表現(xiàn)為每年閃電主要集中在5—9月份，其中以7，8月總閃次數(shù)最多，閃電的高發(fā)時段為13—17時呈單峰型分布，峰值時段為 14—15時，2010年以后在13—17時和17—21時兩個時段呈雙峰型分布。

2)空間分布特征表現(xiàn)為山區(qū)閃電密度較高，平原沿海地區(qū)閃電密度分布較低，主要集中在西北地區(qū)。其中靈溪鎮(zhèn)、橋墩鎮(zhèn)、藻溪鎮(zhèn)三鎮(zhèn)交界處的紅色區(qū)域范圍為閃電高發(fā)密集區(qū)，整體呈現(xiàn)“北多南少，西密東疏”的空間分布特征。

3)總閃各強度等級總體上在5～15 kA和15～45 kA之間呈正態(tài)分布。全縣5 a閃電監(jiān)測資料顯示，地閃中最大值均為負地閃，最高值為811.65 kA，因此負地閃的是閃電災害預防的重點。

4)蒼南縣閃電災害在時段上主要集中在13—20時，災害類型主要包括電力線路故障、電力電子設(shè)備、通信設(shè)備損壞和人身傷亡事故;閃電災害的空間分布主要集中在中北部。由于閃電監(jiān)測數(shù)據(jù)的年限不長和閃電災害的統(tǒng)計資料不完全，因此閃電數(shù)據(jù)分析還需要進一步完善。

［1］ 郭虎，熊亞軍，付宗鈺，等.北京市自然雷電與雷電災害的時空分布［J］.氣象，2008，34(1):13 －17

［2］ 劉垚，繆啟龍，劉淼，等.杭州市雷電活動特征及雷電災害區(qū)劃［J］.氣象與減災研究，2011，34(4):62 －67.

［3］ 李霞，魏建蘇，朱貴剛，等.蘇州地區(qū)雷電分布規(guī)律及農(nóng)村安全的影響［J］.長江流域資源與環(huán)境，2009，18(9):876－880

［4］ 王學良，劉學春，黃小彥，等.湖北地區(qū)云地閃電時空分布特征分析［J］.氣象，2010，36(10):91 －96.

［5］ 許小峰.雷電災害與監(jiān)測預報［J］.氣象，2004，30(12):17－21.

［6］ 馮民學，焦學，韋海容，等.江蘇省雷電分布特征分析［J］.氣象科學，2009，29(2):246 –251.

［7］ 黃振，李萬彪.2007－2008年大連地區(qū)閃電時空分布特征分析［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學，38(7)，2010:3728 －3730，3733.