貴州省閃電活動(dòng)時(shí)空分布特征分析

吳安坤，李 艷，張淑霞，劉 波，楊 群

（1．貴州省氣象災(zāi)害防御技術(shù)中心，貴州貴陽(yáng) 550081；2．貴州省大氣探測(cè)技術(shù)與保障中心，貴州貴陽(yáng) 550081）

貴州省閃電活動(dòng)時(shí)空分布特征分析

吳安坤1，李 艷2，張淑霞1，劉 波1，楊 群1

（1．貴州省氣象災(zāi)害防御技術(shù)中心，貴州貴陽(yáng) 550081；2．貴州省大氣探測(cè)技術(shù)與保障中心，貴州貴陽(yáng) 550081）

利用近10年閃電監(jiān)測(cè)定位系統(tǒng)監(jiān)測(cè)的地閃資料，分析貴州省閃電活動(dòng)時(shí)空分布特征，結(jié)果表明：全省以負(fù)極性閃電為主，占96%左右，閃電活動(dòng)主要集中在全年的3～10月、全天的13～04時(shí)，而正極性閃電頻數(shù)比例卻集中在總閃低發(fā)月、時(shí)段，分別占同期總閃數(shù)的32.5%、11.5%，遠(yuǎn)高于年均比例4.02%；不同季節(jié)、時(shí)段閃電密度均存在地域性差異，整體呈現(xiàn)西部高于東部；春季多發(fā)生在全省西南至東北一線，夏秋季節(jié)向北部移動(dòng)，集中分布貴州西北部，后冬季移至中部至東北一線；上午閃電活動(dòng)分散在全省，隨后下午到前半夜多發(fā)生在西部區(qū)域。

閃電活動(dòng)；時(shí)間分布；空間分布；貴州

0 引言

閃電活動(dòng)特征一般主要研究區(qū)域閃電活動(dòng)的時(shí)間、空間分布情況，作為基本的氣候特征，對(duì)研究氣候變化具有重要意義。在國(guó)外，Tuman等［1］利用DMSP觀測(cè)資料，分析了不同時(shí)段的全球閃電分布，發(fā)現(xiàn)在海洋上黎明時(shí)段的閃電高于傍晚。Christian等［2］利用OTD／LIS星載閃電資料分析發(fā)現(xiàn)約78%的閃電發(fā)生在南北回歸線之間，且全球每秒鐘有44±5個(gè)閃電發(fā)生。Smith等［3］發(fā)現(xiàn)墨西哥灣的北部海岸的地理?xiàng)l件以及所處的中尺度環(huán)流位置，影響著當(dāng)?shù)氐拈W電活動(dòng)分布。Richard［4］采用1989—1999年閃電定位系統(tǒng)數(shù)據(jù)，分析發(fā)現(xiàn)美國(guó)中西部閃電活動(dòng)在1993年最為頻繁，超過(guò)11次／km2。

在國(guó)內(nèi)，隨著閃電探測(cè)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，各種地基和星載閃電定位技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)性的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)閃電活動(dòng)，為分析閃電發(fā)生發(fā)展的規(guī)律及分布特征奠定了基礎(chǔ)。袁鐵等［5］根據(jù)閃電活動(dòng)的頻繁程度將我國(guó)大致分為近海區(qū)域、中部區(qū)域、西部區(qū)域和西部邊境區(qū)域4條閃電活動(dòng)帶，并指出閃電活動(dòng)呈現(xiàn)季節(jié)變化和日變化的時(shí)間分布特征；同時(shí)在區(qū)域上表現(xiàn)為由東南向西北遞減，隨著緯度的減小閃電活動(dòng)呈現(xiàn)出明顯增大的趨勢(shì)。鄭棟等［6］、易燕明等［7］、李照榮等［8］、郄秀書(shū)等［9］、袁鐵等［10］、郭三剛等［11］分別對(duì)北京及其周邊地區(qū)夏季、廣州市、蘭州周邊、青藏高原東北部和中部、青海東北部等地區(qū)的閃活動(dòng)的時(shí)空特征進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，不同地區(qū)由于地形、地理環(huán)境等因素的不同，閃電活動(dòng)特征存在一定的差異。

貴州地處云貴高原東側(cè)，屬典型的喀斯特地貌發(fā)育區(qū)域，受地形變化影響形成的立體氣候特征明顯，造成境內(nèi)雷暴活動(dòng)復(fù)雜多變［12］。近年來(lái)，隨著人工觀測(cè)手段逐步被自動(dòng)監(jiān)測(cè)取代，以及自動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)資料的逐步累積，需對(duì)貴州地區(qū)閃電活動(dòng)特征進(jìn)一步的分析研究。本文運(yùn)用貴州閃電監(jiān)測(cè)網(wǎng)近10年（2006—2015）閃電資料，分析閃電活動(dòng)時(shí)空分布特征，以期為雷電災(zāi)害防御及工程防護(hù)提供參考依據(jù)。

1 資料來(lái)源

文中所用的閃電資料來(lái)源于貴州省閃電監(jiān)測(cè)定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有全自動(dòng)、大范圍、高精度、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)閃電等特點(diǎn)。由12個(gè)ADTD閃電定位探測(cè)子站和一個(gè)數(shù)據(jù)處理中心站組成，每個(gè)ADTD閃電定位探測(cè)子站的探測(cè)范圍約為200km，實(shí)現(xiàn)對(duì)全省范圍內(nèi)的雷電實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。當(dāng)閃電發(fā)生時(shí)，相鄰接收到電磁信號(hào)的單站將測(cè)到的閃電發(fā)生時(shí)間、方位、強(qiáng)度和電磁輻射信號(hào)實(shí)時(shí)傳輸給中心站進(jìn)行實(shí)時(shí)定位處理。

2 時(shí)間分布

2.1 年變化

統(tǒng)計(jì)近10年全省正負(fù)地閃頻數(shù)情況（見(jiàn)表1），總地閃頻數(shù)以2006年最高、2015年最少，分別為724830、391223次。閃電活動(dòng)以負(fù)地閃為主，占96%左右。負(fù)閃大約是正閃的25倍，這與雷暴云中電荷結(jié)構(gòu)大致呈現(xiàn)上正下負(fù)有關(guān)，負(fù)電荷接近地面更易于對(duì)地進(jìn)行大規(guī)模的放電。

表1 近10年貴州省正、負(fù)和總地閃頻數(shù)分布統(tǒng)計(jì)表Tab．1 Statistics of the distribution of positive，negative and total ground flash frequency in Guizhou Province in recent 10 years

正、負(fù)閃及總閃的平均雷電流幅值分別為53.50 kA、34.53 kA、35.24 kA，其幅值累積概率達(dá)到80%的分別為73.1 kA、45.3 kA、46.2 kA。此外，各年度20～07時(shí)的地閃頻數(shù)高于08～19時(shí)，年平均夜間發(fā)生的總地閃頻數(shù)達(dá)294492次，占年均日閃電次數(shù)的58.64%；負(fù)閃夜間達(dá)到280543次，晝夜閃比為0.71。正閃晝夜比低于負(fù)閃比，正閃更易發(fā)生在夜間。

2.2 月變化

近10年來(lái)，貴州全境逐月均有閃電發(fā)生（圖1），云地閃CG月變化呈現(xiàn)“雙峰”變化，主要集中在3～10月，占總閃電頻數(shù)的96.6%；夏季太陽(yáng)直射點(diǎn)北移，太平洋水汽源源不斷的輸送至高原，形成的暖濕氣流上升易于強(qiáng)對(duì)流天氣的形成，不穩(wěn)定能量的增強(qiáng)為雷暴天氣的產(chǎn)生提供了必要條件，閃電高發(fā)月分布在5～8月，閃電頻次均達(dá)100000次。正地閃PCG月變化呈現(xiàn)“單峰”變化，高發(fā)月集中在3～8月，占總閃電頻數(shù)的92.2%；而正閃頻數(shù)占總閃的比例隨月份呈現(xiàn)“單峰”變化，峰值區(qū)域集中在12～1月，分布在冬季，分布占32.2%、42.8%，遠(yuǎn)高于年均比例5%，其原因是冬季雷暴由于較強(qiáng)的風(fēng)切變，導(dǎo)致雷暴云中偶極電荷結(jié)構(gòu)發(fā)生傾斜，上部的正極性電荷較易對(duì)地發(fā)生放電［13］。

圖1 閃電逐月變化Fig．1 The monthly variation of lightning

2.3 日變化

閃電日變化逐時(shí)均有閃電發(fā)生（圖2），云地閃CG日變化呈現(xiàn)“單峰單谷”變化，閃電頻次低值區(qū)出現(xiàn)在正午前的5小時(shí)內(nèi)，10時(shí)達(dá)到最小值，13時(shí)呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，17時(shí)達(dá)到一天中的最大值。正地閃PCG大致呈現(xiàn)“準(zhǔn)單峰單谷”，閃電頻次谷值出現(xiàn)在12時(shí)，峰值約為谷值的6倍，且峰值較CG滯后6個(gè)小時(shí)至0時(shí)（圖2a）。PCG比例高值區(qū)出現(xiàn)在08～11時(shí)（圖2b），該時(shí)段閃電活動(dòng)較弱，CG頻次為一天中的低值區(qū)；隨后迅速下降至極值點(diǎn)13時(shí)，較CG峰值點(diǎn)提前3個(gè)小時(shí)；這可能與高原大氣輻射有關(guān)，午后至傍晚受到太陽(yáng)輻射的加熱作用，下墊面溫度升高，負(fù)離子向熱端運(yùn)動(dòng)，致使更多的負(fù)電荷堆積，閃電通道建立后，更多的負(fù)電荷運(yùn)輸至地面，PCG的比例急劇減少。

圖2 閃電逐時(shí)變化Fig．2 The timely variation of lightning

圖3 貴州省年均閃電密度分布（單位：次·km－1·a－1）Fig．3 The annual average lightning density distribution of Guizhou

圖4 貴州地閃密度季節(jié)變化（單位：次·km－1·a－1）Fig．4 Seasonal variation of ground flash density in Guizhou

3 空間分布

全省閃電活動(dòng)頻繁程度呈現(xiàn)西高東低，高值區(qū)出現(xiàn)在畢節(jié)北部、六枝及六枝周邊水城、盤縣、普安、晴隆、鎮(zhèn)寧、普安等的大部分區(qū)域，年平均閃電密度高達(dá)7.15次／km2；低值區(qū)分布在黔東南的中東部的臺(tái)江、劍河、黎平等地和黔南的中南部獨(dú)山、平塘等地，平均閃電密度小于1.86次／km2。

3.1 季節(jié)變化

貴州全省閃電頻繁程度存在顯著的季節(jié)性變化，閃電活動(dòng)主要發(fā)生在夏季，年平均閃電密度可達(dá)4.6次／km2，春季次之，秋季顯著減弱，而冬季年平均閃電密度低至0.06次／／km2，為全年最弱。

不同季節(jié)閃電密度存在區(qū)域性差異，春季閃電頻繁程度分布以三個(gè)高密度區(qū)為中心，向周邊呈現(xiàn)帶狀或塊狀遞減（圖4）。高密度區(qū)主要分布在黔西、織金、六枝周邊等貴州中西部以及貴州東北務(wù)川等少部分區(qū)域，年平均閃電密度可達(dá)2.01次·km－1。夏季由于受西南季風(fēng)和副高的共同作用，以及地形抬升的影響，閃電活動(dòng)西部整體高于東部。閃電活動(dòng)高發(fā)區(qū)主要分布在畢節(jié)中部及北部、六枝及六枝周邊水城、盤縣、普安、晴隆、鎮(zhèn)寧、普安、織金的大部分區(qū)域，閃電密度均高于3.24次·km－1·a－1。到了秋季，副高逐漸退去，西南季風(fēng)也隨之減弱，高原主要受大陸干燥性氣團(tuán)控制，熱力和水汽條件減弱，閃電密度顯著減小。閃電逐漸向西北方向活動(dòng)，高發(fā)區(qū)仍位于貴州西部六枝、水城、普定、織金、納雍一帶，閃電密度小于1.30次·km－1·a－1。冬季閃電活動(dòng)顯著減少，閃電密度低且分布區(qū)域較小，集中分布在東北部和中部，最大值區(qū)域位于修文、納雍、黔西一帶，地閃密度低至0.06次·km－1·a－1。

3.2 時(shí)段變化

受太陽(yáng)輻射強(qiáng)度和地形變化的影響，全省閃電頻繁程度呈現(xiàn)顯著的時(shí)段性及地域性變化（圖5）。閃電活動(dòng)主要發(fā)生在前半夜（20時(shí)～次日01時(shí)），閃電頻繁程度分布以水城、六枝、鎮(zhèn)寧、普定、織金等地為中心，向周邊呈現(xiàn)帶狀或塊狀遞減。高密度區(qū)閃電密度可達(dá)4.36次·km－1。14～19時(shí)次之，由于受地形抬升熱力作用的影響，西北閃電活動(dòng)高于東部，高值區(qū)分布在畢節(jié)、赫章、大方、黔西、水城、鐘山區(qū)、盤縣、普安、晴隆的大部分區(qū)域，閃電密度可達(dá)2.83次·km－1·a－1。后半夜顯著減弱，出現(xiàn)兩個(gè)高密度區(qū)，分別位于西南部的鎮(zhèn)寧、晴隆、紫云、望謨等地以及東北部的德江、沿河、道真、務(wù)川、鳳岡等地，最大閃電密度可達(dá)1.25次·km－1·a－1；而上午（08～13時(shí)）最大閃電密度低至0.37次／／km2，為全天最弱，高密度區(qū)分布較為分散。

圖5 貴州地閃密度時(shí)段變化（單位：次·km－1·a－1）Fig．5 Period variation of ground flash density in Guizhou

4 結(jié)論

基于貴州閃電監(jiān)測(cè)定位系統(tǒng)獲取的閃電資料，分析閃電時(shí)空分布特征及雷電流幅值分布規(guī)律，所得結(jié)論如下：

（1）閃電活動(dòng)以負(fù)地閃為主，占96%左右。且多發(fā)生在夜間，晝夜閃比為0.71，而夜晚發(fā)生正極性閃電的頻數(shù)約為白天的2.5倍，晝夜比為0.41，遠(yuǎn)低于負(fù)閃。正、負(fù)閃及總閃的平均雷電流幅值分別為53.50 kA、34.53 kA、35.24kA。

（2）閃電活動(dòng)主要集中在全年的3～10月、全天的13～04時(shí)，其中5～8月、15～02時(shí)為高發(fā)期；隨著閃電活動(dòng)的減弱，正極性閃電頻數(shù)比例卻增大，峰值區(qū)域集中在12～2月、05～11時(shí)，分布占同期總閃數(shù)的32.5%、11.5%，遠(yuǎn)高于年均比例4.02%。

（3）閃電密度存在地域性差異，整體呈現(xiàn)西部高于東部；閃電活動(dòng)頻繁程度隨夏、春、秋、冬季依次呈現(xiàn)季節(jié)性遞減，而時(shí)段變化有強(qiáng)到弱依次為前半夜、下午、后半夜、上午。

（4）不同季節(jié)、時(shí)段閃電密度均存在地域性差異。春季多發(fā)生在全省西南至東北一線，夏秋季節(jié)向北部移動(dòng)，集中分布貴州西北部，后冬季移至中部至東北一線；上午閃電活動(dòng)分散在全省，隨后下午到前半夜多發(fā)生在西部。

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Analysis of Temporal and Spatial Distribution Characteristics of Lightning Activity in Guizhou Province

Wu Ankun1，Li Yan2，Zhang Shuxia1，Liu Bo1，Yang Qun1
（1Guizhou Meteorological Disaster Prevention Technology Center，Guiyang550081，China；2．Technical Support Center for Atmospheric Sounding，Meteorological Bureau of Guizhou Province，Guiyang550081，China）

With the ground lightning data acquired through the national lightning monitoring and positioning system for the last ten years，temporal and spatial distribution characteristics of lightning activity in Guizhou Province were analyzed．As the results show，the lightning activity in the province is mainly negative lightning，which accounts for about 96%；the high?incidence period of lightning activities focus on between March and October in a year and between thirteen o‘clock and four o’clock in a day，while positive lightning frequency increases in the low?incidence period and time?span，taking up 32.5%and 11.5%of the total flashes correspondingly，much higher than that of average annual rate of 4.02%；flash densities in different seasons and time?spans are different in regional differences with an overall tendency of high west to low east；lightning activities mostly occur along a southwest?to?northeast line within Guizhou in Spring，moving northward in Summer and Autumn to northwestern Guizhou being the high?incidence area，and taking a middle?to?northeast line in late Winter；lightning activities daily occur in a scattering way in the whole province，while from the afternoon to the first half of the night mainly distribute in the western region．

lightning activity；temporal distribution；spatial distribution

P427.3

：A

：1673－8047（2017）01－0056－07

2016－08－12

黔氣科合QN［2017］02號(hào)．

吳安坤（1986—），男，本科，工程師，從事氣象災(zāi)害防御技術(shù)工作。