哈爾濱市2005-2011年閃電活動(dòng)特征分析

魏　帥，李春影（黑龍江省雷電災(zāi)害預(yù)警防護(hù)中心，黑龍江哈爾濱150030）

哈爾濱市2005-2011年閃電活動(dòng)特征分析

魏帥，李春影（黑龍江省雷電災(zāi)害預(yù)警防護(hù)中心，黑龍江哈爾濱150030）

利用2005-2011年黑龍江省閃電定位網(wǎng)獲取的哈爾濱市閃電監(jiān)測(cè)資料，采用統(tǒng)計(jì)分析方法對(duì)哈爾濱市轄區(qū)內(nèi)7 a內(nèi)閃電的總體特征、雷電流強(qiáng)度、閃電的年變化趨勢(shì)和密度分布特征進(jìn)行了分析。結(jié)果表明：近年來哈爾濱市總閃呈增加趨勢(shì)，負(fù)閃的平均強(qiáng)度明顯大于正閃；低強(qiáng)度雷電流主要為負(fù)地閃，危害性高強(qiáng)度雷電活動(dòng)正閃所占比例較大；哈爾濱市的雷電活動(dòng)主要在夏秋兩季，集中于6-9月；閃電密度的地區(qū)差異明顯，主要集中于山地丘陵水網(wǎng)密布的地區(qū)。

閃電強(qiáng)度；年變化；空間分布；哈爾濱市

1　引言

哈爾濱位于黑龍江省中部，四季分明，冬季漫長(zhǎng)寒冷，而夏季則顯得短暫涼爽，屬中溫帶大陸性季風(fēng)氣候，冬長(zhǎng)夏短，夏季天氣炎熱多雨，冬季漫長(zhǎng)，屬北方雷暴較多地區(qū)，每年遭受雷暴損失慘重。在2009年夏季的一次雷雨天氣中，哈爾濱市市區(qū)及周邊地區(qū)有十余個(gè)居民小區(qū)居民樓被雷電擊中，兩百余戶居民家電受損，多名市民受傷。方正縣、延壽縣有3人遭雷擊死亡。因此，分析哈爾濱地區(qū)閃電活動(dòng)特征，了解雷暴發(fā)生規(guī)律，對(duì)雷電災(zāi)害的監(jiān)測(cè)預(yù)警和防災(zāi)減災(zāi)具有重要意義。

國(guó)內(nèi)外有很多學(xué)者對(duì)黑龍江省的閃電活動(dòng)特征進(jìn)行了大量的分析，雖然總結(jié)了一些區(qū)域性的閃電活動(dòng)特征，但多數(shù)是在省監(jiān)測(cè)網(wǎng)完成的初期，所取資料較少，時(shí)間較短，多集中于2 a內(nèi)，統(tǒng)計(jì)意義較小。杜波［1］等利用2006-2008年閃電定位資料，對(duì)黑龍江省閃電活動(dòng)的時(shí)空分布特征和強(qiáng)度進(jìn)行了分析，總結(jié)了一些規(guī)律，具有一定的實(shí)際意義，注重的是閃電活動(dòng)與降水和氣溫的關(guān)系；鐘幼軍［2］等對(duì)2005年4月-2006年黑龍江省的閃電活動(dòng)進(jìn)行了分析，從閃電的月變化、年變化及其空間分布的氣候特征等方面研究了黑龍江省的雷電分布特征；于震宇［3］等同樣也是利用2005-2006年的閃電監(jiān)測(cè)資料，從閃電的日變化、密度、分布、極性等方面對(duì)黑龍江省的雷電分布規(guī)律進(jìn)行了研究，得出哈爾濱市市區(qū)為雷電高發(fā)區(qū)，應(yīng)加強(qiáng)人工防雷工作的結(jié)論。

本文利用哈爾濱市閃電監(jiān)測(cè)資料，選取了較長(zhǎng)的時(shí)間段資料，采用統(tǒng)計(jì)分析方法探討2005-2011年7 a內(nèi)閃電的總體特征、雷電流強(qiáng)度、閃電的年變化趨勢(shì)和密度分布特征，對(duì)了解哈爾濱市雷電活動(dòng)規(guī)律和有效防治雷電災(zāi)害具有較高的實(shí)際指導(dǎo)意義。

2　資料與方法

本文所用資料為國(guó)家雷電監(jiān)測(cè)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫中2005 -2011年哈爾濱閃電監(jiān)測(cè)資料。探測(cè)儀器為ADTD閃電定位儀，探測(cè)資料有閃電的時(shí)間、位置、回?fù)綦娏鞣逯祻?qiáng)度、極性、陡度等，主要探測(cè)的是地閃。通過計(jì)算總閃中正負(fù)閃的強(qiáng)度變化和比例，分析閃電的基本概況。通過繪制雷電流平均強(qiáng)度分布圖，找出雷電流的分布規(guī)律。通過繪制哈爾濱市閃電逐年平均分布圖，來分析雷電活動(dòng)的年變化。通過繪制哈爾濱市及其轄區(qū)閃電密度圖，分析雷電的空間分布規(guī)律，進(jìn)而確定雷電的高發(fā)區(qū)。

3　閃電活動(dòng)規(guī)律

2005-2011年哈爾濱市及其轄區(qū)閃電活動(dòng)總體呈增多趨勢(shì)，雷災(zāi)事故造成的損失也逐年增大?？傞W中正負(fù)閃電比例強(qiáng)度都存在一定規(guī)律。雷電流強(qiáng)度集中于40 KA以下的范圍內(nèi)。閃電活動(dòng)存在明顯的年變化。閃電密度分布存在明顯的地區(qū)差異。

3.1哈爾濱地區(qū)強(qiáng)雷電正負(fù)閃擊對(duì)比分析

2005-2011年負(fù)閃占總閃的比例明顯高于正閃。隨著強(qiáng)度的增加，負(fù)閃所占的比例降低，正閃所占的比例增加。在雷電流的低強(qiáng)度區(qū)負(fù)地閃所占比例大于80%，在雷電流強(qiáng)度大于100 kA時(shí)，正閃的比例為66.2%，大于負(fù)閃的33.8%。綜上，高強(qiáng)度高危害性雷電流主要為正閃。造成這一結(jié)果的最主要原因可能是大部分的正地閃回?fù)糁蠖几S有連續(xù)電流過程。且正地閃產(chǎn)生大電流的幾率較負(fù)地閃要大的多，正地閃轉(zhuǎn)移的電荷量無論是脈沖變化部分還是整個(gè)放電過程都較負(fù)地閃大的多。

3.2雷電流強(qiáng)度分布

2005-2011年雷電流的總體分布存在明顯差異。其中雷電流中低強(qiáng)度區(qū)所占比例最大，強(qiáng)度為0-10 KA、10-20 KA和20-40 KA的雷電流所占比例分別為15%、30%和36%，總比例為81%。大于80 KA的高強(qiáng)度雷電流為3%，這部分雷電流所占的比例最小。也就是說哈爾濱市大多數(shù)的雷電流強(qiáng)度在10-40 KA，這對(duì)電涌保護(hù)器的選擇具有實(shí)際指導(dǎo)意義。

3.3閃電年變化

由圖1可見，哈爾濱市地閃年變化呈單峰型，從5月開始，地閃逐漸增加，6-9月份為哈爾濱市閃電的高發(fā)時(shí)段，占全年閃電活動(dòng)總數(shù)的70%，7月份為哈爾濱市全年閃電活動(dòng)的頂峰。春季5月份也是閃電多發(fā)的時(shí)候，春季發(fā)生地閃的日數(shù)較多，地閃的分布時(shí)間范圍廣，但地閃頻數(shù)不高，春雷較多，而雷暴產(chǎn)生的地閃頻數(shù)較少。11月-次年4月只有零星閃電或幾乎沒有閃電發(fā)生。哈爾濱市閃電的活躍期為夏秋季，這與黑龍江省夏季進(jìn)入主汛期的冷渦活動(dòng)背景下，太陽輻射強(qiáng)，水汽條件充沛，導(dǎo)致強(qiáng)對(duì)流天氣較易發(fā)生密切相關(guān)。盛夏時(shí)對(duì)流旺盛，云體發(fā)展較高，有利于云內(nèi)正負(fù)電荷在不同部位的形成和積累，較易形成地閃。6-9月份空氣中水汽含量最充足，而溫暖潮濕的上升氣流是產(chǎn)生雷暴的必要條件，所以閃電明顯增多。每年的7、8、9月份也為強(qiáng)雷暴的多發(fā)期。

3.4空間分布特征

圖1　2005-2011年閃電頻次月分布

從大量國(guó)內(nèi)外觀測(cè)統(tǒng)計(jì)結(jié)果來看，雷云之間放電多于雷云對(duì)地放電。但對(duì)于建筑物防雷設(shè)計(jì)來說，更具有實(shí)際意義的是雷云對(duì)地放電的年平均次數(shù)，這一參數(shù)用地面落雷密度來表示，其意義是每年每平方公里上的平均落雷次數(shù)。

圖2　2005-2011年閃電密度分布

圖2為2005-2011年哈爾濱市閃電密度分布，圖中顯示哈爾濱市轄區(qū)范圍內(nèi)地閃的分布不均勻，總體看北部密度大，南部密度小。閃電密度最大的區(qū)域集中在巴彥、木蘭、賓縣等地區(qū)，達(dá)到1.8次/km2。在延壽和方正交界處有一相對(duì)周邊高值中心，密度達(dá)1.2次/km2。而哈市城區(qū)的閃電密度值在0.4-0.8次/km2，相對(duì)于北部縣市較低。哈市道外區(qū)與阿城區(qū)交界處及呼蘭區(qū)中東部閃電密度值較高，是閃電的高發(fā)區(qū)。閃電密度值達(dá)到1.8次/km2以上。

通過以上分析可以發(fā)現(xiàn)，哈爾濱轄區(qū)范圍內(nèi)閃電高值區(qū)主要集中于山區(qū)丘陵和河流流經(jīng)地區(qū)。這些地區(qū)河流密布，水汽充足，只要有適當(dāng)?shù)挠|發(fā)條件，就易產(chǎn)生雷暴；哈爾濱夏季盛行西南風(fēng)，當(dāng)氣流或氣團(tuán)遇到哈爾濱轄區(qū)北部巴彥等地山地丘陵阻擋，地形的動(dòng)力強(qiáng)迫抬升作用明顯，熱量積累后受地形阻擋散逸的能力也低于平原，較易產(chǎn)生對(duì)流性天氣；由于山地兩側(cè)太陽輻射造成的熱力差異，氣流或氣團(tuán)受到強(qiáng)迫抬升作用過山后，又會(huì)在山脈附近形成較強(qiáng)的山谷風(fēng)，而巴彥的地勢(shì)由東北向西南逐漸降低，呈現(xiàn)東高、西低、北崗、南平、中部多丘陵的北寬南窄的楔形地形，同時(shí)巴彥等地的山地背陰面又有松花江流過，山谷風(fēng)經(jīng)過水面，又可以造成熱力不穩(wěn)定，進(jìn)而形成對(duì)流性天氣，這樣大大加劇了雷暴天氣的發(fā)生。

4　結(jié)論

本文通過對(duì)2005-2011年7 a閃電定位資料的分析，得出了以下結(jié)論：

（1）總閃中負(fù)閃的比例遠(yuǎn)大于正閃，但高強(qiáng)度具有危害性的雷電活動(dòng)主要為正閃。

（2）雷電流強(qiáng)度分布在0-40 kA占81%，哈爾濱市大多數(shù)的雷電流強(qiáng)度在10-40 kA，這對(duì)電涌保護(hù)器的選擇具有實(shí)際指導(dǎo)意義。

（3）哈爾濱雷電活動(dòng)具有明顯的季節(jié)變化，夏秋兩季為雷電活動(dòng)高發(fā)期，尤其7、8月份應(yīng)加強(qiáng)防雷。

（4）哈市道外區(qū)與阿城區(qū)交界處及呼蘭區(qū)中東部和巴彥、木蘭、賓縣等山地丘陵多河流經(jīng)過地區(qū)閃電密度值較高，是閃電的高發(fā)區(qū)，應(yīng)加強(qiáng)人工防雷工作。

［1］杜波，肖穩(wěn)安，馬啟明.黑龍江閃電活動(dòng)及與降水、氣溫相關(guān)特征分析［J］.2010，38（6）:798-803.

［2］鐘幼軍，曹鐵英，龔延平，等.黑龍江雷電活動(dòng)氣候特征分析［J］.自然災(zāi)害學(xué)報(bào)，2007，16（5）:79-82.

［3］于震宇，黃英偉，蘭朝生等.黑龍江閃電定位資料分析［J］.黑龍江氣象，2008，25（增刊）:23-24.

1002-252X（2016）03-0013-03

2016-6-1

魏帥（1981-），女，山東省濟(jì)南市人，成都信息工程大學(xué)，碩士生，工程師.