2015—2016年超強(qiáng)厄爾尼諾現(xiàn)象下郴州地區(qū)雷暴活動(dòng)特征分析

何昌雄，唐軍，姚子睿

(1.國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司郴州供電分公司，湖南郴州423000；2.華南理工大學(xué)電力學(xué)院，廣東廣州510640)

2015—2016年超強(qiáng)厄爾尼諾現(xiàn)象下郴州地區(qū)雷暴活動(dòng)特征分析

何昌雄1，唐軍1，姚子睿2

(1.國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司郴州供電分公司，湖南郴州423000；2.華南理工大學(xué)電力學(xué)院，廣東廣州510640)

為了分析厄爾尼諾現(xiàn)象下郴州地區(qū)雷暴活動(dòng)的分布特征，以近5年來(lái)的雷電定位數(shù)據(jù)位樣本，統(tǒng)計(jì)了郴州地區(qū)地閃頻次的月度變化趨勢(shì)情況和前/后汛期強(qiáng)對(duì)流天氣雷暴過(guò)程的發(fā)展趨勢(shì)。對(duì)比分析了厄爾尼諾現(xiàn)象下2016年前/后汛期郴州地區(qū)的雷電流副值概率密度分布情況特征。研究結(jié)果表明:此次厄爾尼諾現(xiàn)象對(duì)該地區(qū)前汛期的雷暴產(chǎn)生較大影響，使前汛期的落雷數(shù)大幅增加并超過(guò)往年。

厄爾尼諾；雷暴活動(dòng)；前汛期；后汛期

雷擊是造成電網(wǎng)故障的主要原因之一，我國(guó)約70%以上的輸電線路跳閘事故均是因雷擊引起〔1－5〕。掌握雷電時(shí)空發(fā)展及分布規(guī)律，從而制定相應(yīng)的防護(hù)措施，對(duì)降低線路雷擊跳閘率，從而提高供電可靠性、保障電網(wǎng)安全具有重要意義〔6〕。

在防雷計(jì)算中，落雷密度和雷電流幅值概率分布是表征雷電活動(dòng)強(qiáng)弱的重要參數(shù)，其分布規(guī)律特征與氣象、自然條件等因素有關(guān)，因而具有很強(qiáng)的地域性〔7－9〕。不同氣候、地理環(huán)境下的落雷密度和雷電流幅值概率分布存在很大差異。郴州地處我國(guó)南嶺山脈的北麓，氣候復(fù)雜多變，2008年的 “冰災(zāi)”匯集了全國(guó)億萬(wàn)人民的牽掛。同時(shí)，郴州地區(qū)也是雷電高發(fā)區(qū)域，落雷密度是湖南省其它地區(qū)的2倍多，雷擊、覆冰是郴州電網(wǎng)安全的主要威脅。

2014—2016年，赤道中東太平洋發(fā)生了一次超強(qiáng)厄爾尼諾事件，此次事件被定義為1951年來(lái)的最強(qiáng)厄爾尼諾事件，氣象部門預(yù)測(cè)其將對(duì)我國(guó)華南地區(qū)2015—2016年的氣候產(chǎn)生強(qiáng)烈影響，導(dǎo)致降雨及雷暴天氣大幅增加〔10－12〕。本文根據(jù)雷電定位系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)的郴州地區(qū)雷電參數(shù)分布情況進(jìn)行了分析，探討厄爾尼諾現(xiàn)象下郴州地區(qū)雷電分布和變化規(guī)律，為電網(wǎng)及設(shè)備的雷電防護(hù)工作提供相關(guān)依據(jù)。

1 郴州地區(qū)氣候特征

郴州市位于南嶺山脈北麓，地處北緯24°53′～26°50′的亞熱帶氣候中，地勢(shì)自東南向西北方向傾斜，東部是南北延伸的羅霄山脈，最高海拔2 061.3 m，南部是東西走向的南嶺山脈，最高海拔1 913.8 m，西部是郴道盆地，北部地勢(shì)低平，總體呈東高西低，南高北低的 “山”字箕形。南嶺山脈的主要山系在郴州呈東北—西南向走勢(shì)，對(duì)北方南下的冷空氣起阻擋抬升作用，對(duì)西南暖濕氣流起屏障作用，氣候除了亞熱帶濕潤(rùn)氣候特征外，還有明顯的地方性小氣候特征，頻繁發(fā)生強(qiáng)降雨、雷暴冰凍等極端惡劣天氣。

每年3—6月，來(lái)自東南方向的暖濕季風(fēng)北上，與停留在郴州干冷氣流交匯，形成對(duì)流，引起強(qiáng)雷暴，這段時(shí)間的雷暴呈現(xiàn)出南北發(fā)展的特征，稱為前汛期。6月中后期至8月底，來(lái)自印度洋、孟加拉灣的水汽經(jīng)中南半島向東、向北發(fā)展，向我國(guó)華南地區(qū)輸送。同時(shí)，南海夏季風(fēng)、西太平洋副熱帶高壓偏南、偏東，也利于西太平洋、南海的水汽向華南地區(qū)輸送，兩條水汽輸送帶使該地區(qū)上空水汽充足，同樣導(dǎo)致強(qiáng)對(duì)流雷暴天氣頻發(fā)，這段時(shí)期稱為后汛期〔13－15〕。

2 郴州地閃變化趨勢(shì)

此次厄爾尼諾現(xiàn)象加強(qiáng)了赤道中東太平洋地區(qū)、特別是菲律賓附近地域的對(duì)流活動(dòng)，強(qiáng)大暖濕氣流向北移動(dòng)至我國(guó)華南地區(qū)，使得該地區(qū)冷、暖氣流交匯活動(dòng)更加頻繁和強(qiáng)烈，引起超強(qiáng)雷暴天氣〔11－12〕。以3月19—23日郴州地區(qū)的雷暴活動(dòng)為例，根據(jù)雷電定位系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，期間全市共落雷15 837次，占湖南省總落雷數(shù)的25.27%，占2016年1—9月份郴州地區(qū)總落雷數(shù)的16.36%。圖1為近5年來(lái)郴州全境落雷次數(shù)的月度分布情況對(duì)比。

由圖1可知，2016年3—5月的落雷數(shù)要遠(yuǎn)高于往年，6—8月后的落雷數(shù)略低于雷電活動(dòng)較為頻繁的2012，2014年，高于雷電活動(dòng)頻次較低的2013，2015年。郴州地區(qū)6—8月后汛期雷雨天氣主要是由熱帶云團(tuán)和熱帶氣旋引起〔15〕。說(shuō)明厄爾尼諾現(xiàn)象主要是通過(guò)加強(qiáng)赤道附近海域北上的暖濕氣流，氣流北上進(jìn)而影響我國(guó)華南地區(qū)的降水活動(dòng)，此次厄爾尼諾現(xiàn)象對(duì)春季降雨雷暴的影響程度要高于夏季。圖2為近2年1—9月份郴州地區(qū)與全省的落雷情況對(duì)比。

圖1 近5年郴州全境落雷次數(shù)的月度分布情況

圖2 郴州地區(qū)占全省落雷比例對(duì)比

郴州地區(qū)總面積約占全省總面積的9.11%，2016年1—9月份郴州地區(qū)落雷數(shù)占全省落雷數(shù)的比重普遍高于去年同期。根據(jù)冷、暖氣流交匯的鋒面發(fā)展特征，郴州地區(qū)每年最先于其他地市進(jìn)入雨季，厄爾尼諾現(xiàn)象加強(qiáng)了空氣對(duì)流的活動(dòng)，使得3月份郴州地區(qū)雷電活動(dòng)異常頻繁，落雷數(shù)占全省總落雷數(shù)的比重將近1/4，4月后比例有所降低，但仍然維持在10%～20%。從落雷數(shù)所占比例與2015年的對(duì)比情況上看，2016年3—8月郴州地區(qū)的落雷占全省總落雷的比例要高于2015年同期平均約7.44%，最高超過(guò)17%。由此可知，厄爾尼諾現(xiàn)象對(duì)郴州地區(qū)雷電活動(dòng)的影響要強(qiáng)于全省平均值。

3 前/后汛期雷電發(fā)展時(shí)空規(guī)律

2016年共經(jīng)歷13起較為大型的強(qiáng)對(duì)流雷暴天氣。其中，前汛期發(fā)生 6起，共落雷 40 332次，占全年落雷次數(shù)的41.74%；后汛期7起，共落雷27 182次，占全年總落雷次數(shù)的28.13%。前汛期發(fā)生強(qiáng)對(duì)流天氣的落雷強(qiáng)度和頻度要遠(yuǎn)大于后汛期。

圖3所示為3月20日華南地區(qū)雷電發(fā)展的時(shí)空分布圖，由圖3可知，3月20日12:00～15:00時(shí)，雷暴主要分布于貴州中東部至湘西一帶，16:00～19:00時(shí)，雷暴向東南方向發(fā)展，主要分布于湘中一帶，20:00～22:00時(shí)繼續(xù)向南發(fā)展，到22:00達(dá)到最高峰，主要分布貴州南部至廣西北部、湖南南部一帶。其余5次強(qiáng)雷暴活動(dòng)時(shí)空分布均呈現(xiàn)出由北向南或者由南向北發(fā)展的特征。

圖4為7月17日的雷電發(fā)展時(shí)空分布圖，由圖4可知，此次雷暴主要呈現(xiàn)出東西方向發(fā)展的特征，以北緯約29°為界，29°以南方向的雷暴主要是至東向西發(fā)展，以北方向的雷暴主要由西向東發(fā)展，最后于湖南中東部、東南部達(dá)到最高峰。

圖5所示為8月26日的雷電發(fā)展時(shí)空分布圖，此次雷暴活動(dòng)起始于湖南中部地區(qū)，并呈現(xiàn)出了向東南、西部發(fā)展的兩個(gè)趨勢(shì)。

圖3 3月20日華南地區(qū)雷電發(fā)展時(shí)空分布圖

圖4 7月17日華南地區(qū)雷電發(fā)展時(shí)空分布圖

圖5 8月26日華南地區(qū)雷電發(fā)展時(shí)空分布圖

綜上所述，受華南地區(qū)季風(fēng)和氣候特征的影響，每年3—5月的前汛期，受南北冷暖空氣鋒面的影響，雷暴活動(dòng)主要表現(xiàn)為至南向北或至北向南方向發(fā)展的特征；6月中、下旬至8月底為后汛期，受兩支水汽輸送通道的影響，雷暴活動(dòng)的發(fā)展主要表現(xiàn)為東西方向。此次厄爾尼諾現(xiàn)象主要對(duì)前汛期的雷暴活動(dòng)影響較大，加強(qiáng)前汛期華南地區(qū)上空空氣的對(duì)流，從而使得前汛期雷暴活動(dòng)較往年更為頻繁。因此，基于華南地區(qū)雷暴的發(fā)展規(guī)律，相關(guān)部門可提出相應(yīng)的雷暴預(yù)警，并做好充分準(zhǔn)備，應(yīng)對(duì)雷擊造成的電網(wǎng)故障。

4 雷電流幅值概率分布曲線分析

雷電流幅值概率分布函數(shù)是表征地區(qū)雷電活動(dòng)強(qiáng)弱的重要參數(shù)，高幅值雷電流占比越大，表明雷電強(qiáng)度越大〔16－19〕。 國(guó)內(nèi)外研究結(jié)果表明， 雷電流幅值副值概率分布函數(shù)符合統(tǒng)計(jì)規(guī)律，它與氣象、自然條件等因素有關(guān)〔20〕。2016年1—9月共統(tǒng)計(jì)郴州境內(nèi)落雷96 622次，正/負(fù)地閃比為1∶3.99。根據(jù)郴州地區(qū)雨季的氣候特征，分別統(tǒng)計(jì)前汛期和后汛期雷電流副值概率密度分布情況如圖6所示:

圖6 郴州地區(qū)前/后汛期正、負(fù)雷電流幅值概率分布情況對(duì)比

圖6 中統(tǒng)計(jì)前汛期落雷52 579次，其中負(fù)值雷電流41 746次，正值雷電流10 833次，比例為3.85∶1；后汛期落雷42 411次，負(fù)值雷電流34 081次，正值雷電流8 330次，比例為4.09∶1。從前汛期和后汛期負(fù)地閃密度分布數(shù)據(jù)上看，前汛期的負(fù)地閃雷電流幅值為0～30 kA的雷電流所占比例要高于后汛期，特別是幅值為10～20 kA的落雷，超過(guò)后汛期15%左右，幅值30 kA以上的雷電流所占比例要低于后汛期。前汛期的正地閃雷電流幅值為0～20 kA的雷電流所占比例要高于后汛期，幅值30 kA以上的雷電流所占比例要低于后汛期。說(shuō)明前汛期小幅值雷電流較后汛期多，前汛期的雷云對(duì)地放電更容易。

圖7為2016年1—9月份正/負(fù)地閃與近5年數(shù)據(jù)的對(duì)比情況。

圖7 郴州歷年正、負(fù)雷電流幅值概率密度分布情況對(duì)比

由圖7可知，2016年幅值為0～30 kV的負(fù)值落雷比例要高于近5年的平均值，20 kV以上的雷電流所占比例要低于近5年平均值，正值雷電流落雷比例與之類似。2016年受厄爾尼諾現(xiàn)象的影響，使得郴州地區(qū)前汛期的落雷較往年有大幅增長(zhǎng)，導(dǎo)致雷電流副值概率曲線發(fā)生變化，小幅值雷電流所占比例大幅增加。前汛期落雷密度大，但幅值偏小，對(duì)于電壓等級(jí)為10～35 kV的低壓配電線路的威脅大；后汛期高幅值雷電流所占比例高，對(duì)于電壓等級(jí)在110 kV以上的輸電線路威脅大。

5 電網(wǎng)防雷討論

雷電活動(dòng)分布規(guī)律是電網(wǎng)防雷管理措施和技術(shù)措施制定的重要依據(jù)。首先，在正常情況下，郴州地區(qū)后汛期的落雷頻次要多于前汛期，受厄爾尼諾影響，2016年前汛期的落雷次數(shù)較往年有大幅增加，根據(jù)此經(jīng)驗(yàn)積累，今后發(fā)生超強(qiáng)厄爾尼諾必將對(duì)郴州地區(qū)降雨和雷暴活動(dòng)產(chǎn)生影響，相關(guān)部門可提前制定相關(guān)設(shè)備的防護(hù)方案，加強(qiáng)線路運(yùn)維和隱患排查，減少造成大面積雷擊跳閘導(dǎo)致的設(shè)備損壞事故。其次，根據(jù)前汛期雷暴活動(dòng)南北發(fā)展和后汛期東西發(fā)展的規(guī)律，可對(duì)郴州地區(qū)的雷暴活動(dòng)進(jìn)行提前預(yù)報(bào)和預(yù)警，為電網(wǎng)設(shè)備運(yùn)維管理單位在人員配置和巡視方案的制定方面提供依據(jù)。最后，前、后汛期在雷電流幅值概率分布上存在較大差異，后汛期高幅值雷電流所占比例大，對(duì)電網(wǎng)設(shè)備特別是更高電壓等級(jí)輸電線路的威脅更大。

6 結(jié)論

根據(jù)本文分析，可以得到以下幾點(diǎn)結(jié)論:

1)此次厄爾尼諾現(xiàn)象使赤道中東太平洋對(duì)流活動(dòng)加強(qiáng)，氣流北上與停留在我國(guó)華南地區(qū)的干冷空氣形成強(qiáng)對(duì)流，對(duì)郴州前汛期降雨和雷暴影響較大，2016年3—5月份郴州地區(qū)的落雷數(shù)要遠(yuǎn)高于近5年的落雷水平。

2)前汛期華南地區(qū)雷暴時(shí)空分布呈現(xiàn)出明顯的南北方向發(fā)展的特征，后汛期主要呈現(xiàn)出東西方向發(fā)展的特征。郴州地區(qū)共經(jīng)歷13次較大的強(qiáng)對(duì)流天氣，前汛期6次，后汛期7次，且強(qiáng)汛期強(qiáng)對(duì)流天氣落雷密度更大。

3)前汛期的雷電流幅值要相對(duì)于后汛期小，厄爾尼諾現(xiàn)象使前汛期的落雷大幅增加，導(dǎo)致2016年1—9月份，幅值為0～30 kV的雷電流所占比例要高于近5年來(lái)的平均值，對(duì)郴州地區(qū)的雷電流副值概率分布變化產(chǎn)生了影響。

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Analysis of Thunderstorm Activity in Chenzhou under the Super El Nino Phenomenon from 2015 to 2016

HE Changxiong1，TANG Jun1，YAO Zirui2
(1.State Grid Hunan Electric Power Corporation Chenzhou Power Supply Company，Chenzhou 423000，China；(2.College of Electric Power，South China University of Technology，Guangzhou 510640，China)

In order to analyze the distribution characteristics ofthunderstorms in Chenzhou area under the El Ni?o phenomenon，the monthly trend of the flash frequency in Chenzhou area and the development trend of the severe convective weather thunderstorm process in the pre and post-flood season are summarized with the samples of the lightning location data in the past five years.This paper analyzes the characteristics of the probability distribution of the lightning current amplitude during the pre/post flood season in Chenzhou under the El Nino Phenomenon in 2016.The results show thatthe El Ni?o phenomenon has a great impact on the thunderstorms in the pre-flood season，and the thunderstorms in the previous flood season have increased significantly and surpassed that of previous years.The research shows that the El Nino Phenomenon has a great impact on the thunderstorms in pre-flood season and makes a significant increase of the pre-flood season thunderbolt number even and surpassed that of previous years.

El Nino；thunderstorm activity；pre flood season；second flood season

TM863

:B

:1008-0198(2017)02-0033-04

10.3969/j.issn.1008-0198.2017.02.008

2016-10-28 改回日期:2016-12-07