貴州省雷電易發(fā)性等級劃分

吳安坤，周道剛，張淑霞，周文鈺

(1.貴州省氣象災(zāi)害防御技術(shù)中心，貴州 貴陽 550081；2.貴州省安順市氣象臺，貴州 安順 561000)

貴州省雷電易發(fā)性等級劃分

吳安坤1，周道剛1，張淑霞1，周文鈺2

(1.貴州省氣象災(zāi)害防御技術(shù)中心，貴州 貴陽 550081；2.貴州省安順市氣象臺，貴州 安順 561000)

傳統(tǒng)以縣級行政區(qū)域統(tǒng)計的雷電人工觀測資料，不能準(zhǔn)確反映雷電發(fā)生的實際情況。該文利用近10 a閃電監(jiān)測資料生成貴州省地閃密度分布圖，采用自然間斷分類法進行雷電易發(fā)性等級劃分，準(zhǔn)確的標(biāo)識出貴州省雷電發(fā)生實際情況，基本吻合相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)指標(biāo)，增加斷點數(shù)、關(guān)注點位置，可進一步得到全省雷電易發(fā)等值線及關(guān)注點雷電易發(fā)區(qū)等級。

地閃密度；易發(fā)區(qū)；自然斷點分級法

1 引言

根據(jù)氣象觀測資料統(tǒng)計，貴州省雷暴日在21～86 d之間，年平均雷暴日多達(dá)51 d，屬多雷暴區(qū)[1]，也是雷電災(zāi)害的多發(fā)地區(qū)。因此，開展雷電易發(fā)性等級劃分，有利于指導(dǎo)貴州省的防雷減災(zāi)工作，為建設(shè)項目防雷設(shè)計施工提供科學(xué)依據(jù)．然而，貴州高原山地、丘陵及喀斯特地貌特點，省內(nèi)十里不同天，山前陽光明媚山后電閃雷鳴的山區(qū)氣候特征，一定程度上制約了雷電易發(fā)區(qū)劃工作。為了更科學(xué)的進行雷電監(jiān)測、彌補雷電人工觀測資料不足，2006年貴州省氣象局建立了貴州省雷電監(jiān)測網(wǎng)，達(dá)到對全省區(qū)域內(nèi)雷電活動的全天候監(jiān)測目標(biāo)，也為進行全省雷電易發(fā)區(qū)劃提供了關(guān)鍵基礎(chǔ)資料[2]。

為落實《國務(wù)院關(guān)于優(yōu)化建設(shè)工程防雷許可的決定》國發(fā)〔2016〕39號、《省人民政府辦公廳關(guān)于貫徹落實國務(wù)院優(yōu)化建設(shè)工程防雷行政許可決定的通知》黔府辦函[2016]245號文件精神，本文選取貴州省近10 a雷電監(jiān)測資料，采用自然間斷法完成等級劃分，開展貴州省雷電易發(fā)性區(qū)劃的初步研究，同時供各級氣象部門在進行本地雷電易發(fā)區(qū)劃時參考借鑒。

2 雷電易發(fā)區(qū)劃等級

2.1 雷電易發(fā)區(qū)劃指標(biāo)選擇

通常表征區(qū)域雷電活動頻繁程度的數(shù)據(jù)指標(biāo)是年平均雷暴日和雷電地閃密度。年平均雷暴日來源于氣象臺站人工雷電觀測記錄，由于雷電人工觀測記錄受限于觀測人員視聽能力，采用年平均雷暴日作為雷電易發(fā)區(qū)劃基礎(chǔ)數(shù)據(jù)不能獲得較為科學(xué)的區(qū)劃結(jié)果。因此，采用2006—2015年貴州省閃電定位網(wǎng)監(jiān)測數(shù)據(jù)作為雷電易發(fā)區(qū)劃基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)質(zhì)量控制檢驗、結(jié)合500 m閃電定位距離精度，生成貴州省分辨率為0.005°×0.005°(約500 m×500 m)網(wǎng)格的年平均地閃密度圖(見圖1)。

由圖1可見：貴州省年平均地閃密度介于0.16～7.15次/km2之間，受地形地貌的影響，地域性差異明顯，整體西部高于東部，呈現(xiàn)由西向東遞減。其中織金南部、靠普定北部邊緣地帶以及水城、六枝、普定、納雍交界附近為全省閃電密度極高值區(qū)，年均閃電密度高于7.00次/km2。

2.2 雷電易發(fā)區(qū)劃等級

區(qū)劃等級劃分一般方法有等距分類、分位數(shù)分類、自然斷點分類、幾何間隔分類法[3-5]，4種方法各有特點和缺陷，為與國家標(biāo)準(zhǔn)一致，我們采用與規(guī)范[5]中一致的自然斷點分類法進行區(qū)劃等級劃分。自然間斷分類，亦稱Jenks優(yōu)化方法。屬于數(shù)據(jù)聚類方法，旨在確定最佳的安排值成不同的類[6]。具體采取重復(fù)迭代過程，使得類內(nèi)方差最小化、類間方差最大化。

根據(jù)貴州省各區(qū)縣近50 a雷暴日資料顯示，年平均雷暴日介于21～86 d之間，未出現(xiàn)大于90 d的情況，僅出現(xiàn)少、中、多雷暴區(qū)3種情況，因此將雷電易發(fā)區(qū)劃分為高、中、低易發(fā)區(qū)3個等級。

圖1 貴州省年均閃電密度分布(次/km2)Fig.1 Annual lightning density distribution in Guizhou Province (times/km2)

2.3 雷電易發(fā)區(qū)劃

根據(jù)貴州省雷電監(jiān)測資料及地閃密度分布圖，應(yīng)用自然斷點分類法對進行柵格化處理后的地閃密度進行分類處理，得到自然分級采樣斷點分布，得到2.41、3.92的2個自然間斷斷點(圖2)，并反演出貴州省雷電易發(fā)性等級分布圖(圖3)。

由圖3可見，貴州省雷電高、中、低易發(fā)區(qū)整體呈現(xiàn)由西北向東南依次分布，高易發(fā)區(qū)主要集中在西北部的水城、鐘山、盤州、六枝、晴隆、普定、織金、大方等地的大部分區(qū)域以及望謨、觀山湖、白云、習(xí)水等地的少部分區(qū)域；中易發(fā)區(qū)主要分布在省中部、由西南向東北一線；低易發(fā)區(qū)則分布在省的東南部及南部部分區(qū)縣。

圖2 自然間斷分級采樣斷點分布Fig.2 the distribution of the sampling natural breaks classification

圖3 貴州省雷電易發(fā)性等級分布圖Fig.3 the lightning prone level distribution map in Guizhou Province

3 區(qū)劃驗證

根據(jù)雷擊大地密度Ng與雷暴日Td之間的關(guān)系Ng=0.1×Td[6]，兩個斷點值對應(yīng)的年平均雷暴日數(shù)約為24 d、39 d，這與GB50343中對少、中、多雷暴區(qū)范圍界定值25 d、40 d基本吻合(表1)，說明采用自然斷點分級法得到的2個斷點進行易發(fā)區(qū)等級劃分合理，區(qū)劃等級劃分結(jié)果符合貴州雷電易發(fā)實際情況。

表1 易發(fā)區(qū)等級劃分對應(yīng)表Tab.1 the scope of the classification of prone areas

4 小結(jié)

雷電人工觀測資料得到的年平均雷暴日，是以行政區(qū)劃為基礎(chǔ)的雷電易發(fā)縣級分布，其不能準(zhǔn)確的表征相應(yīng)行政區(qū)域內(nèi)雷電易發(fā)區(qū)的實際情況，采用自然斷點分級法利用閃電定位資料獲得的雷電易發(fā)等級區(qū)劃，是雷電發(fā)生時實時監(jiān)測結(jié)果的綜合匯總研究成果，基本反映了貴州省雷電易發(fā)區(qū)的實際分布情況，進一步增加斷點數(shù)，能得到全省雷電易發(fā)區(qū)等值線，與GIS矢量圖配合錄入關(guān)注點的地理位置，即可獲得所在位置雷電易發(fā)等級情況，該成果對指導(dǎo)今后貴州省防雷減災(zāi)工作、建設(shè)項目的防雷設(shè)計具有重大的指導(dǎo)作用。

[1]吳安坤,張淑霞,劉波,等. 近50年貴州省雷暴氣候特征分析[J]. 防災(zāi)科技學(xué)院學(xué)報, 2013, 15(4):87-91.

[2] 吳安坤,劉波,張淑霞,等. 貴廣高鐵沿線雷電活動特征分析[J]. 貴州氣象,2016(03):70-74.

[3] 崔紀(jì)鋒. 統(tǒng)計專題地圖的設(shè)計與實現(xiàn)[D].中國人民解放軍信息工程大學(xué),2005.

[4] 韓嘉福,李洪省,張忠. 基于Lorenz曲線的人口密度地圖分級方法[J]. 地球信息科學(xué)學(xué)報,2009,06:833-838.

[5] 孫娟娟. 專題地圖數(shù)據(jù)分級模型的研究[D].解放軍信息工程大學(xué),2007.

[6] 吳安坤,張淑霞,劉波,等. 基于結(jié)構(gòu)要素模型的鄉(xiāng)鎮(zhèn)級雷電災(zāi)害風(fēng)險評價[J]. 貴州氣象,2016(06):67-71.

[7] GB50343-2012.建筑物電子信息系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范[S].北京:中國計劃出版社, 2012.

[8] GB50057-2010.建筑物防雷設(shè)計規(guī)范[S].北京:中國計劃出版社, 2011.

Classification of lightning prone grades in Guizhou Province

WU Ankun1, ZHOU Daogang1, ZHANG Shuxia1, ZHOU Wenyu2

(1. Guizhou Meteorological Disaster Prevention Technology Center, Guiyang 550081, Guizhou;2. Anshun Meteorological Bureau of Guizhou Province, Anshun 561000, Guizhou)

The traditional manual lightning observation data can not accurately reflect the actual situation of lightning. The data of lightning monitoring for nearly 10 years was used to generate Guizhou lightning density distribution map. The adoption of natural breaks classification of lightning prone classification can achieve accurate identification of lightning occurrence in our provincial actual situation, which basically accords with the standard technical indicators of the relevant countries, increase the number of breakpoints and focus position can be obtained. The lightning prone contour lines and focus points lightning prone areas s occurring levels can be obtained.

ground flash density; prone area; natural breakpoint classification

1003-6598(2017)02-0053-03

2016-12-22

吳安坤(1986—)，男，工程師，主要從事雷電科學(xué)與防護技術(shù)研究，Email：wak-mail@163.com。

黔氣科合 QN[2017]03號、黔氣科合 QN[2017]03號。

P427.32+1

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