銅陵市雷暴日探測(cè)方法分析

馬林 張兵 胡方慧

摘 要：該文通過對(duì)銅陵市2002—2012年人工雷暴觀測(cè)數(shù)據(jù)和LD-LL型閃電定位儀監(jiān)測(cè)的地閃數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)，探討了利用人工觀測(cè)資料和閃電定位儀監(jiān)測(cè)的地閃數(shù)據(jù)共同確定雷暴日及雷擊大地年平均密度的方法，為銅陵市雷電防御和雷電研究提供參考。

關(guān)鍵詞：雷暴日；閃電定位儀；雷擊大地年平均密度

中圖分類號(hào) P446 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-7731（2016）13-0150-02

雷暴日是反映當(dāng)?shù)乩纂娀顒?dòng)規(guī)律的重要參數(shù)，是雷電科學(xué)和雷電防御的主要參數(shù)指標(biāo)之一[1]。而對(duì)雷暴的氣象觀測(cè)一直是以人工觀測(cè)為主，很大程度上受到了觀測(cè)站點(diǎn)的位置、觀測(cè)員的個(gè)人水平等因素的制約。2002年以來，安徽省氣象局在銅陵布設(shè)了LD-LL型閃電定位儀，用以監(jiān)測(cè)本地的云、地閃電相關(guān)數(shù)據(jù)，這在一定程度上解決了人工雷暴觀測(cè)的覆蓋范圍小、時(shí)間不連續(xù)、數(shù)據(jù)參數(shù)單一等缺陷。為了更清楚地了解兩種觀測(cè)數(shù)據(jù)的差異，更準(zhǔn)確地分析銅陵本地雷電活動(dòng)規(guī)律，本文利用銅陵2002—2012年人工雷暴觀測(cè)數(shù)據(jù)和閃電定位儀監(jiān)測(cè)的地閃數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，并在確定雷暴日和雷擊大地年平均密度方面進(jìn)行了探討。

1 資料來源及處理方法

1.1 人工觀測(cè)資料 雷暴的人工觀測(cè)[2]，是以測(cè)站為中心，第一次聞雷為開始，最后一次聞雷為終止，每日只要聽到一次（或一次以上）的雷聲就記錄為一個(gè)雷暴日，它不分云閃還是地閃，數(shù)據(jù)參數(shù)單一。銅陵市國(guó)家基本氣象站成立于1960年，起初為國(guó)家一般氣象站，觀測(cè)時(shí)段為每日08：00—20：00，從2007年1月開始升級(jí)為國(guó)家基本氣象站，觀測(cè)時(shí)段為每日20：00至次日20：00，擁有50多年氣象歷年資料。本文取自銅陵市國(guó)家基本氣象站2002—2012年經(jīng)質(zhì)量控制的人工觀測(cè)資料，按統(tǒng)計(jì)學(xué)方法進(jìn)行整理分析。

1.2 閃電定位儀監(jiān)測(cè)的地閃數(shù)據(jù) 閃電定位儀可以對(duì)云、地閃電全天候進(jìn)行監(jiān)測(cè)，覆蓋范圍廣，數(shù)據(jù)參數(shù)多樣化，包括閃電發(fā)生的時(shí)間、落雷地點(diǎn)、電流強(qiáng)度、雷電流上升陡度、極性等，但它投入運(yùn)行的時(shí)間短，資料積累少。本文取自銅陵市國(guó)家基本氣象站2002—2012年LD-LL型閃電定位儀監(jiān)測(cè)的地閃數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析。

2 資料對(duì)比分析

統(tǒng)計(jì)表明，閃電定位儀監(jiān)測(cè)到的地閃年平均雷電日數(shù)為40.9d，最多年份2006年，為55d，最少年份2008年，為32d，月平均地閃雷電日數(shù)為37.2d，最多月份8月，為110d，最少月份12月，為0d；而人工觀測(cè)的年平均雷暴日數(shù)為32.8d，最多年份2006年，為48d，最少年份2004年，為27d，月平均雷暴日數(shù)為30.1d，最多月份7月，為94d，最少月份12月，為0d。

通過圖1與圖2可以看出，兩種探測(cè)方式記錄的雷暴（電）日數(shù)整體分布趨勢(shì)相似，但閃電定位儀監(jiān)測(cè)的地閃雷電日數(shù)明顯大于人工觀測(cè)的雷暴日數(shù)。這主要是由于2007年之前的銅陵市氣象觀測(cè)站為國(guó)家一般氣象站，觀測(cè)時(shí)段不完整，且研究表明，觀測(cè)員一般只能聽到測(cè)站周圍18～20km左右的雷聲[3]。另外，由于兩種探測(cè)方式的日界不同，造成了對(duì)同一次雷暴過程的記錄不同，而閃電定位儀受其探測(cè)方法和自身設(shè)備的影響，也存在一定的誤測(cè)率和缺測(cè)率[4]。

3 雷暴日與雷擊大地年平均密度

3.1 雷擊大地年平均密度 雷擊大地年平均密度是指每年單位面積上的地閃次數(shù)，是最理想的雷電活動(dòng)參量，可以精確地反映某地雷電活動(dòng)的頻度和強(qiáng)度，國(guó)際上的雷電防御設(shè)計(jì)均以此參數(shù)為基礎(chǔ)[5]。利用銅陵地區(qū)云、地閃電總次數(shù)除以銅陵地區(qū)總面積即可以得到銅陵雷擊大地年平均密度，公式如下：

而由規(guī)范[6]中給出的公式Td=k1×Ng推導(dǎo)可得

代入銅陵本地?cái)?shù)據(jù)參數(shù)，可計(jì)算得到k1=1.8。

3.2 人工觀測(cè)雷暴日與閃電定位儀監(jiān)測(cè)雷電日的關(guān)系 假設(shè)人工觀測(cè)雷暴日與閃電定位儀監(jiān)測(cè)雷電日的換算系數(shù)為k2，則有公式（3）：

帶入銅陵本地?cái)?shù)據(jù)參數(shù)，可計(jì)算得到k2=0.8。

3.3 雷暴（電）日參數(shù)的選取與檢驗(yàn) 為了提高雷暴（電）日參數(shù)的準(zhǔn)確性與代表性，將公式（2）、（3）的結(jié)果取其平均值作為銅陵本地的雷暴（電）日，即得到公式（4）：

將銅陵2002—2012年的雷電日按公式（4）計(jì)算獲得的數(shù)據(jù)結(jié)合人工觀測(cè)雷暴日、閃電定位儀監(jiān)測(cè)地閃雷電日數(shù)據(jù)繪制成如圖3。圖3表明，采用公式（4）獲得的雷暴（電）日與閃電定位儀監(jiān)測(cè)的地閃雷電日擬合效果很好，相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.97。因此，根據(jù)此公式獲取的Td能夠更為客觀地反映銅陵地區(qū)的雷電活動(dòng)規(guī)律。

4 結(jié)語

本文通過銅陵人工觀測(cè)雷暴日數(shù)與LD-LL型閃電定位儀監(jiān)測(cè)的地閃雷電日數(shù)的對(duì)比發(fā)現(xiàn)，閃電定位儀監(jiān)測(cè)的地閃雷電日數(shù)明顯多于人工觀測(cè)的雷暴日數(shù)。但由于兩種探測(cè)方式都有各自的局限性，今后可利用兩種資料來共同確定銅陵本地的雷暴（電）日數(shù)，既保證了兩種探測(cè)資料的聯(lián)系，又吸取了兩種探測(cè)手段的各自優(yōu)勢(shì)，從而可以更加準(zhǔn)確地表征銅陵雷暴（電）日數(shù)這一參數(shù)。

參考文獻(xiàn)

[1]李家啟，汪志輝，任艷，等.閃電定位系統(tǒng)與人工觀測(cè)雷電日參數(shù)對(duì)比分析[J].氣象科技，2012，40（1）：132-136.

[2]中國(guó)氣象局.地面氣象觀測(cè)規(guī)范[S].北京：氣象出版社，2003：25-26.

[3]王學(xué)良，張科杰，黃小彥，等.湖北省雷暴日數(shù)與云地閃電密度關(guān)系研究[J].氣象，2012（6）：728-732.

[4]黃理，程愛珍，銀燕.淺談降低地面氣象探測(cè)數(shù)據(jù)缺測(cè)率的方法[J].氣象研究與應(yīng)用，2009，30（z1）：82-83.

[5]馮鶴，扈勇.架空線路年平均雷電閃擊頻數(shù)計(jì)算方法探析[J].氣象科技，2015，43（5）：973-977.

[6]中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.GB 50057-2012.建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2011：59.