西藏地區(qū)云地閃電時空分布特征分析

倉 啦

（西藏自治區(qū)那曲市索縣氣象局，西藏 那曲 852200）

20世紀80年代中后期青藏高原大氣層有了一次氣壓、降水量、氣溫、相對濕度等明顯逐增的氣候突變，在80年代后期整個青藏高原進入了相對暖濕時期［1］。西藏高原地區(qū)地處青藏高原的西南部（26.50°N至36°53'N、78°25'E至99°06'E），地勢隆起，氣候相對比其他陸地面地區(qū)要干燥寒冷得多。高海拔與巨大面積以及復(fù)雜地形結(jié)構(gòu)是西藏高原獨特的氣候系統(tǒng)組成的重要因素。西藏平均海拔在4000m以上，西藏高原每個地區(qū)局地海拔高低不同組成的氣候特征也不同，不同氣候特征對形成的對流活動穩(wěn)定度帶來影響，對流活動的不穩(wěn)定度越高，產(chǎn)生強雷暴的機率越高。閃電就是不穩(wěn)定的強對流活動的主要表現(xiàn)之一，是由帶電荷的云層內(nèi)部、云與云之間或者云與地之間一種長距離瞬間放電現(xiàn)象，閃電具有浪涌電壓、浪涌電流、強電磁輻射等特征。在西藏地區(qū)生活的農(nóng)牧區(qū)人數(shù)多于生活在城鎮(zhèn)的人數(shù)，由于農(nóng)牧民生活條件限制，難以提供足夠的學(xué)習(xí)和了解常用生活知識和科學(xué)資源的環(huán)境，人們?nèi)狈纂娀顒右?guī)律的認知和雷電災(zāi)害防護知識。每年閃電活躍季節(jié)農(nóng)牧民生活區(qū)遭遇的雷擊事件多于城鎮(zhèn)區(qū)，另一方面因生活所需農(nóng)牧民生活區(qū)域比較偏向草原、高山、湖泊、河流等，地貌地形格局有利于形成不穩(wěn)定的對流活動天氣。王義耕等［2］研究指出水體和山脈附近是閃電高發(fā)區(qū)，這是由于水體和山脈具有熱動力抬升的作用，并供應(yīng)比較充沛的水汽，有利于形成雷暴和云起電，也能明顯地看出雷擊具有選擇性，雷擊的選擇性不僅與離地面的海拔高低、觸電敏感度等有關(guān)外，還與地質(zhì)結(jié)構(gòu)有關(guān)。

西藏地區(qū)閃電活動天氣有明顯的季節(jié)性特征，尤其夏天（4-9月）是閃電頻發(fā)季節(jié)，該季節(jié)是野外放牧、采挖藥材等戶外活動集中時期。特別是隨著經(jīng)濟和科技的發(fā)展，高層建筑、文物與財產(chǎn)密集場所大量增多，雷擊造成的損失趨日嚴重，每年西藏地區(qū)拉薩市雷擊遭遇次數(shù)最多，大約有338次多。其次是那曲地區(qū)，發(fā)生279次雷擊。由于氣象探測儀器和相關(guān)資料缺失，閃電發(fā)生的時間和空間分辨率無法滿足對閃電活動時空特征進行準(zhǔn)確研究分析，社會對雷電災(zāi)害預(yù)警預(yù)報上的需求和信賴缺乏。閃電定位監(jiān)測系統(tǒng)的布設(shè)和應(yīng)用2014年開始不再靠人工氣象站雷暴日數(shù)據(jù)分析，實現(xiàn)了地閃在時間、空間、強度尺度上的連續(xù)自動監(jiān)測，通過對閃電監(jiān)測定位資料的準(zhǔn)確分析和應(yīng)用，將進一步的認識和掌握西藏全區(qū)雷電活動分布的演變規(guī)律，并用科學(xué)編制雷電防護規(guī)劃，開展雷擊風(fēng)險評估、雷電預(yù)測預(yù)警，為防雷減災(zāi)提供科學(xué)依據(jù)。

隨著閃電定位布設(shè)和先進探測技術(shù)快速發(fā)展與完善，國內(nèi)外學(xué)者對閃電時空分布特征研究報道越來越多。周陸生等［3］利用雷達資料分析青藏高原中部那曲地區(qū)對流活動區(qū)降水量面積回波統(tǒng)計特征；林志強等［4］利用2009年6月至2011年5月西藏高原閃電定位系統(tǒng)獲得的閃電活動資料，分析了西藏高原閃電時空分布的特征。研究發(fā)現(xiàn)，西藏高原閃電強度冬季高夏季低。以往的西藏高原閃電活動研究表明，由于西藏地區(qū)地勢有利于一年四季連續(xù)出現(xiàn)積雨云和形成雷暴，是中國雷暴出現(xiàn)比例最高的地區(qū)，西藏高原地區(qū)的雷暴日數(shù)比中國同緯度平原地區(qū)和太平洋、伊朗高原等地多出2倍以上，是北半球同緯度地區(qū)雷暴日數(shù)出現(xiàn)最頻繁的地區(qū)［5］，西藏自治區(qū)雷暴劃分存在地域性差異，西藏地區(qū)東西部的雷暴日少，中部拉薩和那曲地區(qū)雷暴日較多。

為了進一步對西藏地區(qū)閃電活動演變規(guī)律與時空分布特征的分析和了解，為了該地區(qū)雷電監(jiān)測預(yù)警和雷電風(fēng)險評估提供更多參考依據(jù)。文章利用西藏自治區(qū)氣象局閃電監(jiān)測定位系統(tǒng)2013年3月至2014年12月獲取的閃電資料，對西藏整個地區(qū)閃電活動發(fā)生的時間、強度、空間分布的演變特征進行了分析，研究日變化、月變化等閃電活動的變化規(guī)律。分析研究西藏地區(qū)復(fù)雜的地形特征和大氣層環(huán)流對該區(qū)域閃電活動氣候形成的影響因素。

1 資料來源和分析方法

1.1 資料來源

文章所用的資料來自西藏自治區(qū)氣象局閃電監(jiān)測定位系統(tǒng)監(jiān)測獲得的2013年3月至2014年12月的云地閃資料，整個系統(tǒng)采用方位匯交合和到達時間差綜合算法定位，該系統(tǒng)實現(xiàn)24小時全天候觀測。由西藏各地區(qū)共有18個閃電定位儀單站組成，其分布如圖1所示，西藏中部拉薩，那曲、索縣、安多、申扎、班戈、嘉黎；南部山南澤當(dāng)、浪卡子、錯那；日喀則、定日、帕里；林芝、察隅；東部的昌都、左貢、洛隆。每個觀測站獲取的閃電資料包括閃電發(fā)生的時間、閃電的極性（正、負）、經(jīng)緯度以及閃電電流強度等閃電參數(shù)。西藏西部干旱高原季風(fēng)氣候地區(qū)和西藏東部溫暖半濕潤地區(qū)的雷暴日數(shù)偏少，而拉薩部分地方和藏北一帶那曲地區(qū)雷暴日數(shù)較多，這樣的雷暴日數(shù)分布形式和西藏地區(qū)氣候類型相對應(yīng)。中部拉薩和那曲地區(qū)日照強，蒸發(fā)量大，對流活動強，而且受孟加拉海灣熱氣團和北方冷空氣的共同作用；西藏西部的阿里地區(qū)海拔高，蒸發(fā)量大，但降水量少，水汽輸送少，干冷的對流氣候活動發(fā)展不明顯。

圖1 西藏地區(qū)閃電定位儀分布圖

1.2 分析方法

將西藏地區(qū)（80°N至100°N、28°E至35°E）范圍的區(qū)域分成1°×1°網(wǎng)格，對西藏不同區(qū)域站獲取的閃電資料進行分析，資料包括閃電發(fā)生的時間、地理位置（經(jīng)緯度）、閃電極性（正、負）、閃電強度、陡度、誤差、定位方式、閃電發(fā)生的地點等幾個參數(shù)。文章采用的閃電參數(shù)有閃電發(fā)生的時間，經(jīng)緯度，閃電強度及極性，閃電發(fā)生地點行政位置。

文章統(tǒng)計分析了這22個月內(nèi)共發(fā)生的正、負閃電個數(shù)與占總閃電的百分比，并按月份統(tǒng)計了正、負地閃發(fā)生的次數(shù)；閃電強度分布每隔50kA為間隔，把閃電強度≦1000kA的閃電分成20個閃電強度段，統(tǒng)計分析了各個強度段（正、負）閃電占總閃電的比例，并畫出閃電強度的（以閃電強度的絕對值算）空間分布圖；在一日中按整點時段如01-02時、22-23時、23-00時、00-01時，逐小時統(tǒng)計了閃電數(shù)，一年中各月閃電數(shù)采用該時段相同月份閃電數(shù)之和；根據(jù)西藏地區(qū)兩年發(fā)生的閃電總次數(shù)除以兩年再比上該地區(qū)的面積得出該地區(qū)的年平均閃電密度（次∕年∕平方千米）。

2 西藏地區(qū)云地閃電時空分布特征

2.1 閃電頻次總體分析

2013年3月至2014年12月之間的時間段內(nèi)閃電監(jiān)測定位系統(tǒng)獲取的云地閃電共有34339次，其中正地閃2176次，平均強度53.96kA，負地閃32163次，平均強度-42.723kA，負地閃占云地閃電總數(shù)的80.06%.負地閃與正地閃的頻次按月呈正比關(guān)系，但每個月正閃和負閃的所占頻次數(shù)量大不相等，波動比較大，從3月至9月地閃頻次持續(xù)增加，甚至9月達到最高次數(shù)13700次，但10月開始閃電頻次突然減少，到11月開始顯著的減少至12月閃電次數(shù)只有11次。明顯看出西藏地區(qū)正閃和負閃的頻次變化按月有季節(jié)性變化，進一步分析西藏各地區(qū)站月雷暴日數(shù)，可以看出西藏地區(qū)月雷暴日主要出現(xiàn)在4月至10月，占全年雷暴日數(shù)的90%以上。西藏東南地區(qū)水汽條件充足、太陽輻射強度大，配合北方冷空氣則對流活動發(fā)展明顯，有積雨云產(chǎn)生，因此也有雷暴云發(fā)生，該區(qū)域分別為昌都、林芝、日喀則地區(qū)聶拉木。拉薩和那曲、昌都地區(qū)、阿里地區(qū)的獅泉河在7至8月雷暴日達到峰值，而林芝地區(qū)、日喀則地區(qū)聶拉木在4月達到峰值。

西藏高原年平均雷暴日為46天，呈現(xiàn)中部多，東西部少的不均勻分布規(guī)律。西藏有兩個年雷暴日最多的區(qū)域，以那曲地區(qū)索縣年雷暴日多達到85天，其次是拉薩市貢嘎縣年雷暴日為82天，而林芝地區(qū)波密縣只有8天，西藏各地區(qū)雷暴日不僅有地域性差異還有顯著的季節(jié)性差異，夏季是西藏雷暴多發(fā)季節(jié)，全區(qū)平均32天，占全年雷暴日的68.3%.

根據(jù)中國氣象局對雷暴的劃分標(biāo)準(zhǔn)，劃分西藏雷暴區(qū)如下：年雷暴日數(shù)小于20天，主要包括林芝地區(qū)大部、阿里地區(qū)南部、聶拉木、錯那、八宿等；年雷暴日數(shù)在20-49天，主要包括昌都地區(qū)大部、阿里地區(qū)大部、日喀則地區(qū)西南部等；多雷暴區(qū)：年雷暴日數(shù)在50-69天，主要包括那曲地區(qū)西部、山南地區(qū)大部、日喀則地區(qū)東部及丁青、昌都等；強雷暴區(qū)：年雷暴日數(shù)在70天以上，主要包括那曲地區(qū)中東部、拉薩市大部及貢嘎、乃東、日喀則、江孜等縣市，如表1。

表1 雷暴強度等級

2.2 負地閃與正地閃的比率

圖2可以看出，西藏地區(qū)正、負閃電比率呈現(xiàn)雙峰雙谷形特征分布，在3月正負地閃的比率很低，呈現(xiàn)一個低谷值，但4月開始閃電次數(shù)逐漸上升，一直到6月的時候正負閃電的比率呈現(xiàn)一個峰值，達到18倍。在7月時又呈現(xiàn)一個低谷形，在8月至9月時候出現(xiàn)主峰，閃電次數(shù)最高，正、負閃比率達到24倍，后再次突然下降，到11月至12月正、負閃的比率低達只有1.2倍。對于出現(xiàn)這樣情況，可能與當(dāng)?shù)剀S變的氣候特征和地理位置，還有可能是閃電監(jiān)測定位時系統(tǒng)性的問題。

由于獨特的地理位置和復(fù)雜的氣候背景，西藏地區(qū)的四季分明，閃電主要發(fā)生在6至9月份［6］，西藏地區(qū)的雨季節(jié)約占全年總閃電數(shù)的80%以上，該結(jié)論與文章按月份正、負閃比率（圖2）分析出來的結(jié)果是一致的。從圖2可以看出，4月開始至8月閃電次數(shù)最活躍的月份，也是降水量最多的時間段。由于正閃的波動不是很大，其中8月正閃電次數(shù)最多有7068次，并雨季前后的正閃電的次數(shù)有明顯差別，雨季前期3月至5月正閃的次數(shù)比負閃的次數(shù)少很多，但處于持續(xù)增加的狀態(tài)，直到雨季期間正閃強度達到最大，因為西藏高原的對流層離地面海拔高度較低，使西藏各地區(qū)的雷暴次數(shù)比較多，但整體強度較弱。

圖2 （2013年3月至2014年12月）西藏地區(qū)按月正、負閃比率（負∕正）圖

2.3 閃電頻次的月分布

圖3表明，2013年3月至2014年12月，西藏自治區(qū)閃電監(jiān)測定位系統(tǒng)監(jiān)測獲得的閃電總共有34339次，其中發(fā)生在6月至9月月閃電發(fā)生次數(shù)最高共有30828次左右，這段時間也是西藏地區(qū)降水量最多的季節(jié)（6-9月），大約占兩年總閃電數(shù)的90%以上。1至2月幾乎沒有出現(xiàn)閃電。圖3所示，西藏地區(qū)閃電頻次的月分布圖為呈單峰值，1至2月閃電次數(shù)為0次，3至9月閃電次數(shù)一直增加比較活躍，直到9月達到主峰閃電次數(shù)最多共13700次，10月開始閃電次數(shù)急劇下降到12月只有11次左右，可以看出西藏地區(qū)一年四季最頻繁的閃電活動集中在6至9月，這是因為6-9月是西藏地區(qū)全年高溫暖季節(jié)，比較高的地表溫度與濕度為對流活動提供了充沛的水汽，以及引起熱動力不穩(wěn)定的大氣環(huán)流，有利于形成和發(fā)展對流活動。雖然西藏地區(qū)每個月的閃電活動有區(qū)域性差異，不同區(qū)域的閃電活動開始與結(jié)束的時間段有所不同，3月開始西藏東部低海拔（平均海拔3500m）較濕潤的昌都地區(qū)有閃電活動發(fā)生，按月份閃電活動沿著向西北方向逐步發(fā)展，該地區(qū)也是全年閃電活動持續(xù)最長的地方，4月至9月是西藏全區(qū)閃電最為活躍的時段。

圖3 （2013年3月至2014年12月）西藏地區(qū)閃電頻次月分布圖

圖4為西藏地區(qū)云地（正、負）閃電強度空間分布圖，將西藏地區(qū)整個區(qū)域按照1°×1°度的網(wǎng)格分隔，對網(wǎng)格內(nèi)發(fā)生的閃電次數(shù)進行統(tǒng)計，分析閃電發(fā)生的空間分布特征。由圖5可見，西藏普遍地區(qū)的地閃電強度基本在100kA以下，西藏地區(qū)閃電強度100kA以上的閃電都基本上出現(xiàn)在昌都地區(qū)西北部丁青縣、那曲地區(qū)東部、山南地區(qū)南面錯那縣和日喀則地區(qū)西北部，還有阿里地區(qū)的改則縣（32°31'N、84°05'E）和噶爾縣獅泉河（32°50'N、80°09'E），普蘭（30°32'N、81°12'E）等地方也出現(xiàn)閃電強度100kA以上的閃電分布情況，這可能與該區(qū)域高海拔的地理位置和對流層活動有關(guān)。李兆榮等［7］分析西北地區(qū)雷暴氣候特征時指出海拔高度對該地區(qū)的閃電活動分布有影響。圖4可見，西藏高原西部阿里區(qū)域之所以出現(xiàn)十分明顯的大片閃電低發(fā)區(qū)域，顯然海拔高、巨大面積的青藏高原復(fù)雜地貌和南北走向的橫斷山脈地形地質(zhì)的影響。來自印度洋和孟加拉海灣風(fēng)暴活動攜帶的暖濕氣流遇到喜馬拉雅山脈和南北走向橫斷山脈時，由于海拔高，高山的山頂一年四季都處在積雪中，對輸送進來的暖濕氣有阻擋作用，缺乏水汽，影響強對流活動的發(fā)展和成熟；另外高山背面的冷氣流沿著山谷隨山風(fēng)向下漂流到平原，使下沉氣流抑制了上升氣流的垂直發(fā)展，阻礙了強對流活動的形成，因此喜馬拉雅山山脈偏北的高海拔區(qū)域形成的閃電強度較弱。結(jié)合現(xiàn)實生活中的天氣現(xiàn)象和以往研究發(fā)現(xiàn)，西藏的西南部極少地方一年四季都有閃電發(fā)生，冬季也會發(fā)現(xiàn)少量高強度的閃電活動發(fā)生，這對于西藏其他地區(qū)而言是十分稀少的現(xiàn)象，這與中國南部的孟加拉灣的風(fēng)暴活動峰值出現(xiàn)5月和10至12月時間段相吻合。

圖4 （2013年3月至2014年12月）西藏地區(qū)云地閃強度的空間分布圖

2.4 閃電密度分布

從圖5可見，西藏地區(qū)閃電密度分布與強度分布有所差異，總閃電密度分布與負閃電密度分布大致相似，西藏地區(qū)閃電密度分布隨著地域而存在較大的差異，這與地形特征有著密切的相關(guān)，西藏東南部與中部地區(qū)的閃電活動比西北部顯著偏多。分析圖5發(fā)現(xiàn)，閃電高發(fā)區(qū)大致包括在拉薩、那曲地區(qū)、山南地區(qū)錯那縣（27°20'N、92°01'E）、日喀則地區(qū)、昌都地區(qū)丁青，尤其是中部的那曲和拉薩為全區(qū)閃電密度分布最活躍區(qū)，這與那曲局地不平的地質(zhì)結(jié)構(gòu)和強輻射，對活動發(fā)展明顯等有關(guān)。隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，拉薩的閃電活動和雷災(zāi)事件的增加趨勢很明顯，這與該區(qū)域的人類活動、信息設(shè)備的增多、工廠和高層建筑物建設(shè)等元素有緊密的關(guān)系。以上的幾個高密度閃電高發(fā)區(qū)域為西藏高原喜馬拉雅山脈走向高閃電密度帶，這可能與亞洲南部的印度洋和孟加拉灣熱氣團輸送與喜馬拉雅山山脈一帶的高閃電密度帶形成有關(guān)［8］，當(dāng)高聳隆起的喜馬拉雅山遇到從印度洋向北移動的熱氣團時，這些熱氣團不斷地被高山抬升，有利于引發(fā)大量的閃電活動。

圖5 （2013年3月至2014年12月）西藏地區(qū)閃電分布圖

圖5（b）和（c）對比發(fā)現(xiàn)，西藏地區(qū)閃電密度分布以負閃為主，負閃電的密度分布與總閃電密度分布區(qū)域大致相似。在西藏的山南地區(qū)、日喀則地區(qū)、昌都地區(qū)、中部的拉薩和那曲區(qū)域基本上以負閃電強密度分布為主，其中主要有幾個負閃強中心，那曲地區(qū)索縣和嘉黎縣、山南地區(qū)浪卡子縣，還有東經(jīng)（89°E至90°E）區(qū)域也是負閃強中心，而在山南地區(qū)南部的錯那縣（27°20'N、92°01'E）為正閃強中心，還有（29°9'N、91°5'E）區(qū)域也出現(xiàn)較強的正閃電。分析2013年3月至2014年12月西藏地區(qū)正地閃的密度分布，正閃電密度分布與負閃的密度分布在區(qū)域上較相似，而密度的大小有著很大的差別，正閃電的密度分布及其稀疏，說明西藏地區(qū)閃電活動次數(shù)頻發(fā)，但形成的閃電電流峰值強度小。

3 結(jié)論與討論

文章利用西藏自治區(qū)氣象局閃電監(jiān)測定位系統(tǒng)獲取的2013年3月至2014年12月閃電活動資料，分析了西藏地區(qū)云地閃電活動時空分布特征，并比較和討論與以往研究的西藏高原閃電資料的區(qū)別。

分析表明閃電強度有明顯的地域性差異，負地閃占閃電總數(shù)的80.06%，平均強度為-42.732kA，正地閃占閃電總數(shù)的19.94%，平均強度為53.96kA，正、負地閃按月分布呈雙峰雙谷型，在8月份正閃和負閃的比率最大，高達24倍。文章與2009-2011年林志強等［4］分析的西藏高原閃電時空分布資料結(jié)論對比發(fā)現(xiàn)，正、負閃占總閃的百分比有升降區(qū)別，這種對比后的變化可能與閃電監(jiān)測到的范圍和數(shù)量、氣候變暖，還有監(jiān)測儀系統(tǒng)性問題等有關(guān)。

從1月至12月西藏地區(qū)閃電活動的月分布情況發(fā)現(xiàn)，1、2月份幾乎沒有發(fā)生閃電活動，4至9月份西藏地區(qū)閃電活動最頻繁的時間段，甚至9月份達到峰值13700次，11月至12月閃電活動最少只有11次左右，閃電活動的頻次有明顯的季節(jié)性差異。

西藏地區(qū)閃電強度分布大部分在100kA以下，大于100kA閃電活動區(qū)域大致有那曲地區(qū)的東部、昌都地區(qū)西部、山南地區(qū)南部錯那、日喀則地區(qū)西北部還有阿里地區(qū)普蘭縣和獅泉河等地方。閃電強度不僅有地域性差異，還隨季節(jié)有明顯的差異。冬季的閃電強度高夏季低，這可能與西藏高原南部的印度洋熱氣團向北移動時遇到喜馬拉雅山脈時抬升而形成的強對流活動有關(guān)。

在中部的拉薩和那曲地區(qū)、山南地區(qū)大部、日喀則地區(qū)、昌都地區(qū)等為強閃電密度分布區(qū)域，其中那曲地區(qū)嘉黎縣和索縣、山南地區(qū)浪卡子縣為負閃強中心，而山南錯那縣為正閃強中心，顯然西藏地區(qū)閃電強度分布與密度分布有所區(qū)別。西藏的東南部為閃電高發(fā)區(qū)，而西部阿里區(qū)域為閃電低發(fā)區(qū)。阿里區(qū)域有一片閃電低發(fā)區(qū)，已有學(xué)者研究表明，可能是由于高海拔的地理位置和干旱氣候的原因，還有可能是該區(qū)域還沒有全面建設(shè)閃電定位儀，因此沒法觀測和記錄該區(qū)域的閃電活動演變規(guī)律。

西藏地區(qū)防雷業(yè)務(wù)存在觀測站分布稀少、觀測儀器殘缺、缺乏專業(yè)人才和探測手段、防雷技術(shù)等諸多問題，使西藏本地和國內(nèi)外學(xué)者對西藏地區(qū)閃電活動規(guī)律和時空分布特征的研究有一定困難，缺乏分析這方面的資料和文獻，為了進一步了解和掌握西藏地區(qū)閃電活動規(guī)律和防雷服務(wù)業(yè)務(wù)發(fā)揮，應(yīng)不斷地學(xué)習(xí)國內(nèi)外先進的探測手段以及氣象業(yè)務(wù)上的分析方法，不斷的發(fā)展和完善本地的防雷業(yè)務(wù)系統(tǒng)，為科學(xué)編制雷電防護規(guī)劃、開展雷電風(fēng)險評估、雷電預(yù)警預(yù)測、有效防雷減災(zāi)提供科學(xué)依據(jù)。