基于閃電定位監(jiān)測數(shù)據(jù)的雷暴特征分析

王紅，張永軍，陳金根，薛潔，麻軍

（新疆維吾爾自治區(qū)防雷減災(zāi)中心，新疆烏魯木齊 830002）

基于閃電定位監(jiān)測數(shù)據(jù)的雷暴特征分析

王紅，張永軍，陳金根，薛潔，麻軍

（新疆維吾爾自治區(qū)防雷減災(zāi)中心，新疆烏魯木齊 830002）

對2012年新疆43個(gè)站點(diǎn)的閃電定位監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)全年云地閃主要發(fā)生在4—10月。6—7月出現(xiàn)的頻次最高；正、負(fù)閃主要發(fā)生時(shí)間均分布在14—19時(shí)。新疆云地閃中，負(fù)閃占89.4%，遠(yuǎn)多于正閃。正閃的平均強(qiáng)度為70.23 kA，負(fù)閃平均強(qiáng)度為39.88 kA。雷電流陡度主要分布在-20～20 kA/μs；新疆區(qū)域內(nèi)雷擊大地密度按GB50057-2010新規(guī)范估算的值大于GB50057-94規(guī)范的估算值，更遠(yuǎn)大于閃電定位儀實(shí)際監(jiān)測值。

閃電定位；雷暴；新疆

雷暴是由于強(qiáng)積雨云引起的伴有雷電活動(dòng)和陣性降水的局地風(fēng)暴；在地面觀測中僅指伴有雷鳴和閃電的天氣現(xiàn)象[1]。雷電活動(dòng)過程中產(chǎn)生的大電流、高電壓和強(qiáng)電磁輻射會(huì)造成人、畜傷亡、微電子設(shè)備的損壞、火災(zāi)、爆炸等嚴(yán)重災(zāi)害和經(jīng)濟(jì)損失。目前我國對雷暴的記錄仍以人工觀測記錄為準(zhǔn)。隨著對雷電研究的深入，遙感、遙測技術(shù)的成熟發(fā)展，在雷電探測特別是地閃的定位監(jiān)測取得了突破，并發(fā)展相對成熟。實(shí)時(shí)地閃探測定位不僅能給出地閃發(fā)生的精確時(shí)間、位置,還能監(jiān)測到雷電流強(qiáng)度、陡度和極性等電學(xué)參數(shù)信息。張義軍等人[2]認(rèn)為地閃探測技術(shù)在國外已經(jīng)過長時(shí)間的考驗(yàn)，幾個(gè)發(fā)達(dá)國家已實(shí)施聯(lián)網(wǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測，對其監(jiān)測性能經(jīng)過了與其他雷電特征觀測的對比分析和評估。鐘穎穎[3]等人通過閃電定位資料與目測雷暴日的對比分析認(rèn)為，江蘇省的閃電探測資料是有效的；顧宇丹[4]對上海市雷暴人工資料與閃電定位資料對比分析認(rèn)為，閃電定位實(shí)測的地閃密度值比用人工觀測雷暴日估算的值更為客觀、準(zhǔn)確；王學(xué)良等[5]研究湖北省雷暴日數(shù)與云地閃電密度關(guān)系，認(rèn)為采用擬合方程N(yùn)g=0.02Td1.5計(jì)算各臺站雷擊大地年平均密度優(yōu)于規(guī)范方程N(yùn)g= 0.024Td1.3的計(jì)算效果。李家啟、楊春明、王慧、阿吉古麗·沙依提等[6-16]利用閃電監(jiān)測等相關(guān)資料分析研究了當(dāng)?shù)乩纂姺植继卣鳌?/p>

新疆閃電定位監(jiān)測網(wǎng)于2011年7月—2012年11月安裝完成，新疆布設(shè)了43個(gè)站點(diǎn)，其中在有人值守觀測站內(nèi)設(shè)有40個(gè)站點(diǎn)，在無人自動(dòng)觀測站內(nèi)設(shè)有3個(gè)站點(diǎn)，探測范圍覆蓋全疆。閃電定位監(jiān)測儀作為一種新型的雷電監(jiān)測設(shè)備，其監(jiān)測的雷電信息不僅可以為防雷產(chǎn)品、防雷工程技術(shù)提供大量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，還可為雷電防護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、防雷管理規(guī)定的制定以及對防雷減災(zāi)技術(shù)服務(wù)和研究提供可靠依據(jù)，同時(shí)也應(yīng)用于雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估和雷電災(zāi)害鑒定等多方面。因此對新疆閃電定位監(jiān)測數(shù)據(jù)的雷電規(guī)律研究是一項(xiàng)很有實(shí)際意義的工作。

1 資料及方法

資料來源：2012年新疆閃電定位監(jiān)測網(wǎng)監(jiān)測到的逐日閃電數(shù)據(jù)。

2012年度閃電定位監(jiān)測網(wǎng)共監(jiān)測到地閃142 491次，其中省外41 166次，陡度為0的583次，1—3月54次，11—12月6 322次。2012年人工觀測雷暴初始日為4月2日，終止日為10月7日。本文中以2012年4—10月，陡度非零，強(qiáng)度絕對值不大于300 kA的閃電資料作為統(tǒng)計(jì)樣本。

閃電定位雷暴次數(shù)：以全疆閃電定位監(jiān)測網(wǎng)監(jiān)測到的地閃資料為準(zhǔn)，統(tǒng)計(jì)到的地閃個(gè)數(shù)。時(shí)間上，一年中逐月統(tǒng)計(jì)閃電次數(shù)、強(qiáng)度；一日中（北京時(shí)間），按照時(shí)段分別統(tǒng)計(jì)逐小時(shí)內(nèi)閃電次數(shù)。

統(tǒng)計(jì)方法：數(shù)理統(tǒng)計(jì)

2 結(jié)果與分析

2.1 閃電定位監(jiān)測概況

新疆閃電定位監(jiān)測站布設(shè)基線距離是180 km，圖中藍(lán)色部分,基本上覆蓋了全疆。紅色部分為有人值守觀測站20 km的范圍圖（圖1）。

圖1 觀測范圍

2.2 雷暴時(shí)空分布特征

2.2.1 季節(jié)變化

2012年度新疆閃電定位監(jiān)測網(wǎng)監(jiān)測到4—10月地閃有94 144次，由圖2可見，地閃季節(jié)變化呈單峰型，正、負(fù)閃峰值均出現(xiàn)在7月，占總數(shù)的47%。6—7月最集中，累計(jì)出現(xiàn)77 827次，占總數(shù)的82.7%。負(fù)閃在頻次分布上，較熱的7月占90.9%，在較涼的4、5月和9、10月分別占71%和76%；正閃反之，4月和10月分別占34%和22%，在7月只占9.1%。

圖2 地閃各月分布

2.2.2 月變化

地閃在日變化上呈雙峰型,正、負(fù)閃主要發(fā)生時(shí)間均分布在14—19時(shí)，該時(shí)段占地閃總數(shù)的53%，正閃最高峰值出現(xiàn)在16時(shí)，共1 017次；負(fù)閃最高峰值出現(xiàn)在17時(shí)，有9 923次。20時(shí)至次日01時(shí)發(fā)生的地閃次之，占云地閃總數(shù)的22%（圖3）。

圖3 地閃逐時(shí)分布

2.2.3 空間分布

閃電定位監(jiān)測地閃分布較多的區(qū)域?yàn)榘⒗仗?、塔城、阿克蘇、昌吉、哈密、伊犁。阿勒泰最多，共27 273次，占云地閃總數(shù)的28.98%；塔城地區(qū)次之，共19 931次，占云地閃總數(shù)的21.17%。其中和布克賽爾蒙古自治縣最多，8 096次；福?？h次之，為6 230次。

石河子、和田地區(qū)分布較少，分別為89次、550次。焉耆回族自治縣最少，5次；喀什市次之，8次（圖4）。

圖4 地閃空間分布

2.3 雷電流強(qiáng)度與陡度特征分析

地閃強(qiáng)度主要分布在-120～120 kA范圍內(nèi)，占98%（圖5）。負(fù)閃電強(qiáng)度集中在10～40 kA之間，占負(fù)閃總數(shù)的85.56%；正閃電強(qiáng)度集中在10～80 kA之間，占正閃總數(shù)的83.09%。

圖5 地閃強(qiáng)度分布

正閃平均強(qiáng)度為70.33 kA,負(fù)閃平均強(qiáng)度為39.88 kA。正、負(fù)閃強(qiáng)度在4—10月均呈現(xiàn)出兩頭高，中間低的情況，5—9月變化不大，正、負(fù)閃平均強(qiáng)度為61.51 kA、33.2 kA，4月和10月較高，平均強(qiáng)度分別為92.0 kA、51.5 kA（圖6）。

圖6 各月地閃平均強(qiáng)度

雷電流中負(fù)閃的陡度主要分布在-20～0 kA/μs，占97.2%，其中-10～0 kA/μs最集中，占負(fù)閃總數(shù)的73.4%；正閃陡度主要分布在0～20 kA/μs，占97%，0～10ka/μs最集中，占正閃總數(shù)的73.5%（圖7）。

圖7 雷電流陡度分布

2.4 年雷擊大地密度

雷擊大地年平均密度Ng（次/km2·a）是雷災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估的重要指標(biāo)。雷擊大地密度（Ng）與雷暴日（Td）之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系在不同的國家各有不同，其中瑞典Ng=0.14Td2，美國、印度和IEC62305-2中Ng=0.1Td。在我國2012年以前沿用GB50057-94標(biāo)準(zhǔn)中Ng= 0.024Td1.3，目前因閃電定位資料的普遍應(yīng)用，在GB50057-2010標(biāo)準(zhǔn)中修正為Ng=0.1Td。在雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估實(shí)際工作中，江蘇、上海、重慶、湖北等地發(fā)現(xiàn)用閃電定位監(jiān)測到的雷擊大地平均密度大于用經(jīng)驗(yàn)公式算出的值。但作者分析2012年度新疆雷擊大地密度發(fā)現(xiàn)，按GB50057-2010標(biāo)準(zhǔn)估算的Ng值大于GB50057-94標(biāo)準(zhǔn)的估算值，更遠(yuǎn)大于閃電定位儀實(shí)際監(jiān)測值。

3 結(jié)論

本文通過對2012年新疆43個(gè)站點(diǎn)的閃電定位監(jiān)測數(shù)據(jù)分析得出：

（1）從時(shí)間分布來看，全年云地閃主要發(fā)生在4—10月。6—7月出現(xiàn)的頻次最高，正、負(fù)閃主要發(fā)生時(shí)間均分布在14—19時(shí)。

（2）從空間分布上來看，閃電定位監(jiān)測地閃分布較多的區(qū)域?yàn)榘⒗仗?、塔城、阿克蘇、昌吉、哈密、伊犁。石河子、和田地區(qū)分布較少。

（3）2012年度云地閃中，負(fù)地閃占89.4%，遠(yuǎn)多于正地閃。負(fù)閃強(qiáng)度主要集中在-40～-10 kA，正閃強(qiáng)度主要集中在10～80 kA，正閃的平均強(qiáng)度為70.23 kA，負(fù)閃平均強(qiáng)度為39.88 kA。雷電流陡度主要分布在-20～20 kA/μs。

（4）2012年度新疆雷擊大地密度，按GB50057-2010標(biāo)準(zhǔn)估算的Ng值大于GB50057-94標(biāo)準(zhǔn)的估算值，更遠(yuǎn)大于閃電定位儀實(shí)際監(jiān)測值。

閃電定位監(jiān)測儀是一種新型的氣象觀測設(shè)備，其監(jiān)測的信息對做好雷電災(zāi)害服務(wù)有很重要的意義，隨著閃電定位監(jiān)測網(wǎng)雷暴資料的積累，資料完整性、準(zhǔn)確性的進(jìn)一步提高，必將為新疆雷電的研究、雷電預(yù)警預(yù)報(bào)和防雷減災(zāi)技術(shù)提供更好的服務(wù)。

[1]全國科學(xué)技術(shù)名詞審定委員會(huì).大氣科學(xué)名詞[M].北京：科學(xué)出版社，2009.

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Analysis of Thunderstorm Feature Based on Lightning Locationmonitoring Data

WANG Hong，ZHANG Yongjun，CHEN Jingen，XUE Jie，MA Jun
（The Lightning Protection Center of Xinjiang Uygurautonomous Region，Urumqi 830002，China）

Throughanalyzing the lightning locationmonitoring data from 43 sites in Xinjiang in 2012,it is found that the lightningmonitoring was well consistent with themanual observation of thunderstorm in the time distribution.Nevertheless,there wasa large difference in spatial distribution betweenaltayand Kashi region.Theagreement between thunderstorm observed in the observatoriesand lightning recordedat the lightning locationmonitoring stations wasas highas 64%,therefore,it showed themonitoring results was effective.The negative cloud-to-ground lightningaccount for 90%,which was farmore than the positive cloud-to-ground lightning,while the intensity of positive cloud-to-ground lightning was greater than the negative cloud-to-ground lightning.The steepness of lightning currentmainly distributed between-20and 20 kA/?s,which is even greater thanactualmonitoring value of the lightning locator.

lightning location；thunder storm；Xinjiang

P468

B

1002-0799（2014）06-0066-04

10.3969/j.issn.1002-0799.2014.06.012

2014-04-16；

2014-09-07

王紅（1967-），女，工程師，主要從事雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估和防雷工程圖紙審核工作。E-mail:wangh1207@foxmail.com

王紅，張永軍，陳金根，等.基于閃電定位監(jiān)測數(shù)據(jù)的雷暴特征分析，2014，8（6）：66-69.