雷電發(fā)生與地形關(guān)系研究

唐 赟,湯 潔 ,徐夢(mèng)穎 ,王山旗

（1.南京信息工程大學(xué),南京 210000；2.江蘇省淮安市氣象局,江蘇 淮安 223001）

0 引言

雷電是一種伴有閃電和雷鳴的放電現(xiàn)象[1]。直擊雷和球形雷都會(huì)對(duì)人和建筑物造成危害。直擊雷就是在云體上聚集很多電荷，大量電荷要找到一個(gè)通道來泄放，有的時(shí)候是建筑物、鐵塔，或空曠地方的一個(gè)人。所以這些人或物體都變成電荷泄放的一個(gè)通道，受擊傷。由于許多人對(duì)雷電認(rèn)識(shí)不足，防護(hù)意識(shí)不強(qiáng)，造成重大損失。據(jù)中國氣象局統(tǒng)計(jì)，我國每年將近1000人遭雷擊死亡，雷擊造成的直接經(jīng)濟(jì)損失近10億元左右；雷電災(zāi)害已成為危害程度僅次于暴雨洪澇、氣象地質(zhì)災(zāi)害的第三大災(zāi)害[1]。蘇北響水縣老縣城是在臨近灌河邊的只有散戶居民的小集鎮(zhèn)基礎(chǔ)上建設(shè)的?；旧弦匀罕娮越ǚ繛橹?，既沒有科學(xué)規(guī)劃更沒有考慮防雷，造成老城區(qū)幾乎每年都要出現(xiàn)雷電災(zāi)害，給人民的生命財(cái)產(chǎn)帶來較大危害，居民“談雷色變”。

1 資料來源

發(fā)生雷電災(zāi)害期間的氣象觀測(cè)資料由響水縣氣象局、響水縣水文局提供，航拍圖來源于網(wǎng)站。

2 雷災(zāi)個(gè)例

選取近3年發(fā)生的典型案例，每年1個(gè)，具體如下：

案例1.2010年9月3日11:25-12:50，受臺(tái)風(fēng)影響，老城區(qū)首先聞雷。雷聲大，瞬時(shí)出現(xiàn)稀疏大雨滴。響水鎮(zhèn)德路橋附近的老城區(qū)文化巷，某居民一輛摩托車在外面，家人怕淋雨，便拖進(jìn)屋內(nèi)。霎時(shí)，一聲巨響，一個(gè)拳頭大的火球雷從平房的屋頂，沿著坡陡屋檐滾下來，打在原來擺放摩托車位置上，瞬間，旋轉(zhuǎn)消失，全家人嚇得目瞪口呆。

案例2.2011年7月25日17:23-19:18，受強(qiáng)對(duì)流天氣影響，天氣燥熱。雷達(dá)顯示：塊狀云團(tuán)由西向東，以30KM/S速度移動(dòng)。響水縣城首先受到侵?jǐn)_的仍然是老城區(qū)。強(qiáng)降水、大風(fēng)伴隨炸雷先后影響。雷電在老城住區(qū)回旋，一個(gè)小足球大的紅色火雷球在陳氏家堂屋，環(huán)繞后爆炸，約六七秒后消失。幸虧留守老人在臥室，得以幸免。經(jīng)檢查，電源插座開關(guān)燒焦，門燈打壞。同時(shí)，隔壁幾家鄰居電腦路由器、數(shù)字電視機(jī)頂盒被損毀。

案例3.2012年7月10日21:31-21:56，臺(tái)風(fēng)倒橫槽影響，雷電，風(fēng)雨交加。多普勒雷達(dá)分析，降水回波達(dá)36DBZ,在老城區(qū)上空緩慢盤旋。據(jù)當(dāng)?shù)鼐用穹从常豪茁曄窕鹋谝粯樱鸲@。雷電從房屋掃過時(shí)，擊中高尖端的電視、基站天線，可以目擊天線被燒的通紅。經(jīng)查縣保險(xiǎn)公司資料，德路橋附近一條小街上十幾戶居民，電視機(jī)、電冰箱、有線電視路由器、機(jī)頂盒、小靈通基站天線遭雷擊損壞。

3 原因分析

3.1 雷電資料分析

雷電活動(dòng)較頻繁。圖1是利用江蘇省雷電監(jiān)測(cè)網(wǎng)2006～2010地閃資料得出的響水縣老城區(qū)中心位置周圍3.5km范圍內(nèi)5年地閃密度等級(jí)圖。圖2是響水縣1971-2010年雷電來向頻率玫瑰圖。根據(jù)資料統(tǒng)計(jì)分析得到響水縣老城區(qū)中心位置周圍3.5km范圍內(nèi)2006～2010的平均地閃密度約為2.146次/（km2·a），雷電活動(dòng)較為頻繁。此外，根據(jù)響水縣1971年到2010年雷電來向資料統(tǒng)計(jì)得出響水縣雷電活動(dòng)主要來向?yàn)槲髂?、西北方位，出現(xiàn)的頻率之和為48.1%，而響水縣老城區(qū)正處于該方位范圍內(nèi)。因此，較頻繁的雷電活動(dòng)也是造成老城區(qū)雷災(zāi)頻發(fā)的主要原因之一。

圖1 地閃密度等級(jí)圖

圖2 雷電來向頻率玫瑰圖

3.2 氣象條件分析

（1）850hPa形勢(shì)分析。2010年9月3日11:25，雷暴首先影響老城區(qū)，受影響時(shí)間時(shí)長(zhǎng)25min。隨后雷電自西向東橫掃全縣，縣城出現(xiàn)了155mm的大暴雨伴有9.1m·s-1的東北風(fēng)。高空850hPa、700hPa、500hPa三層溫差達(dá)9～10℃，導(dǎo)致了雷暴發(fā)生。

（2）500hPa形勢(shì)分析。2011年7月25日17:23 -19:18，副高南落，冷空氣東進(jìn)。850hPa、700hPa槽前西南氣流增溫，出現(xiàn)大面積不穩(wěn)定能量區(qū)，產(chǎn)生雷陣雨天氣。

（3）700百帕形勢(shì)分析。2012年8月10日8：20-16：38 受臺(tái)風(fēng)?？共酆屠淇諝夤餐绊?，響水縣出現(xiàn)了降水量達(dá)497.8mm的特大暴雨（歷史第二極值），并伴有17.7 m·s-1的東北大風(fēng)。雷電從老城區(qū)穿過,影響達(dá)6.3hr。

（4）多普勒雷達(dá)和衛(wèi)星云圖分析。從多普勒雷達(dá)和衛(wèi)星云圖看，三次過程，相似“逗點(diǎn)”塊狀雷達(dá)回波，強(qiáng)度達(dá)35－55DBZ。沿灌河――大運(yùn)河――老城區(qū)作反時(shí)針，緩慢繞行。這與地形和氣場(chǎng)分布相對(duì)一致。

圖3 2011年7月25日08時(shí)500hPa天氣實(shí)況圖

從上分析可見，雷暴強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生時(shí)，大多自西向東移動(dòng)或在西邊運(yùn)動(dòng)后消失。

3.3 雷電與環(huán)境關(guān)系分析

（1）特殊地形。河網(wǎng)稠密，距離湖泊、大型水庫等水體越近的地方，遭受雷電災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)越大[2]，雷電次數(shù)明顯增多，據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)可增多20%以上[3]。響水老城區(qū)依灌河而建。灌河由淮安流經(jīng)沭陽、漣水、灌南、灌云、響水入海。河長(zhǎng)約 110Km，高潮位寬約2km，低潮位約0.6km。其東北部為大片的鹽田與灘涂，老城區(qū)處于其腹部（圖4）。河堤和老式建筑物呈∧喇叭型分布，水體基準(zhǔn)點(diǎn)至建筑物有20～50m高度，形成一個(gè)凸現(xiàn)的半圍式立體布局。灌河直接與黃海相通，受月球引力作用，形成潮起潮落，致使沿海沿河地區(qū)由于水面，充沛的水汽隨氣流上升，水域上空濕度增大，有利于對(duì)流活動(dòng)發(fā)展[4]。灌河流徑響水縣呈∨字型，通榆大運(yùn)河、唐響河、新沂河與80多條運(yùn)輸、灌溉、排水河在這里匯交形成一個(gè)渦旋狀的喇叭口，地氣、水氣系統(tǒng)活躍。天氣系統(tǒng)由上游的西北向下游的東南移動(dòng)時(shí)，如果灌河正好是落潮，則通榆河等幾十條河流順勢(shì)而下，作逆時(shí)針運(yùn)動(dòng)?？赡苁芷渖峡諠穸葔φT導(dǎo)，作氣旋性運(yùn)動(dòng)，與高空槽形成疊加，把水體水汽再次向積雨云內(nèi)輸送，增加了動(dòng)能。在∨字型底部為水汽通道彎曲和風(fēng)切變最大處，能量積累達(dá)最大值。由于閃電通道中電荷密度分布不勻，通道彎曲的地方體電荷密度較高，在閃電過程中出現(xiàn)最亮的光斑，這可能是老城區(qū)較其它地方雷電多，強(qiáng)勢(shì)的主要原因之一。天氣系統(tǒng)主要自西向東入侵,在河流上空濕墻引導(dǎo)等作用下，過河立即加強(qiáng)，首先穿過老城區(qū)，使其成為雷電襲擊的首要門戶。

（2）建筑物孤立。響水縣年平均雷暴日出現(xiàn)天數(shù)，老城區(qū)26.7d，比新城區(qū)多5.3d,主要與新老城區(qū)與灌河的相對(duì)位置有關(guān)。1999-2001年，老城區(qū)沿線的灌河堤多次受風(fēng)暴潮和雷電襲擊，（2000年出現(xiàn)24hr雨量達(dá)830mm）2003年，縣城南擴(kuò)東移，加之灌河潰堤，老城區(qū)大面積拆遷，剩下的老住戶房屋，稀疏、孤立、凸現(xiàn)出來,雷災(zāi)影響更加明顯。

（3）無防雷設(shè)施。老城區(qū)的房屋大多數(shù)是老式平房，少數(shù)是1～2層樓房，無避雷設(shè)施，室內(nèi)的電源線、信號(hào)線等連基本的接地裝置都沒有。附近無高大建筑物，無避雷針（塔）避雷網(wǎng)線等設(shè)施，雷電流泄放物少，所以易發(fā)生雷電災(zāi)害。

圖4 老城區(qū)與灌河的相對(duì)位置圖（衛(wèi)星航拍）

4 結(jié)論與討論

（1）響水縣老城區(qū)多發(fā)雷電事件是由于特殊地理環(huán)境引起的，灌河河道與河堤、老城區(qū)建筑呈喇叭口，形成天氣系統(tǒng)過河后加強(qiáng)的現(xiàn)象，特殊地形形成了利于雷電天氣發(fā)生發(fā)展的條件。

（2）響水縣老城區(qū)依河而建，沒有科學(xué)規(guī)劃，建筑散亂，無防雷設(shè)施，形成了誘發(fā)雷電災(zāi)害的條件。

（3）區(qū)域防雷的核心是建筑群防雷的科學(xué)規(guī)劃。要結(jié)合老城區(qū)改造，做好響水老城區(qū)防雷規(guī)劃。同時(shí)，加強(qiáng)防雷知識(shí)宣傳，讓居民認(rèn)識(shí)到防雷的重要性。從區(qū)域防雷、建筑防雷、生活防雷入手，讓雷電災(zāi)害從老城區(qū)走開，讓居民不再“恐”雷。

[1]陳謂民.雷電學(xué)原理[M].氣象出版社,2006:148-149.

[2]程向陽,謝五三,王凱.雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃方法研究及其在安徽省的應(yīng)用[J].氣象科學(xué),2012(32):82-86.

[3]秦春明,曹磊,韓登武.石河子總場(chǎng)“5.27”雷災(zāi)事故現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和成因背景分析[J].新疆氣象,2001,24(06):31-32.

[4]尹宜舟,沈新勇,陳謂民.雷暴天氣過程中地閃分布的診斷分析[J].氣象科學(xué),2008,28(05):521-527.