趙居雙，李亞琴，李紫玉，厲從明

(阜陽市氣象局，安徽阜陽 236000)

阜陽市地處淮河中游，境內(nèi)水資源豐富，有多條河流為淮河的重要支流。阜陽屬暖溫帶半濕潤性氣候，雨水充沛，旱澇、雷電、大風(fēng)等氣象災(zāi)害頻發(fā)。為準(zhǔn)確把握阜陽市雷電災(zāi)害活動(dòng)規(guī)律，從而有針對性地采取防護(hù)措施，利用從安徽省閃電定位網(wǎng)獲得的阜陽市2010—2017年地閃資料，分析了阜陽地閃的時(shí)間、空間分布特征；通過對阜陽市地閃密度和地閃強(qiáng)度的空間分布進(jìn)行疊置，得到了阜陽市雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分布圖，對阜陽市的雷電災(zāi)害監(jiān)測、預(yù)報(bào)、防雷減災(zāi)具有重要意義。

1 資料來源與分析方法

資料來源于安徽省閃電定位系統(tǒng)監(jiān)測的阜陽市2010—2017地閃資料，每條地閃資料包括地閃發(fā)生的時(shí)間、地理位置(經(jīng)緯度)、強(qiáng)度(正、負(fù)地閃)、陡度、誤差、定位方式和地閃發(fā)生地點(diǎn)等參數(shù)。采用地閃發(fā)生的時(shí)間、地理位置(經(jīng)緯度)、強(qiáng)度參數(shù)，對地閃的正負(fù)比例和強(qiáng)度,時(shí)間、空間分布進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析[1-3]。采用0.01°×0.01°網(wǎng)格化阜陽市地圖，分別統(tǒng)計(jì)落入網(wǎng)格的地閃頻次，再除以網(wǎng)格面積和統(tǒng)計(jì)資料年限長度，得出阜陽市年平均地閃密度，單位：次/(km2·a)。各網(wǎng)格的平均地閃強(qiáng)度是用所有落入網(wǎng)格地閃強(qiáng)度的絕對值之和除以落入網(wǎng)格地閃數(shù)得到的，單位：kA。利用雷電致災(zāi)因子的空間分布疊置表征雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的大小，來進(jìn)行雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃。通過層次分析法對致災(zāi)因子進(jìn)行分析，計(jì)算權(quán)重，加權(quán)綜合得到阜陽市雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃圖。

2 地閃活動(dòng)特征分析

2.1 基本特征

統(tǒng)計(jì)分析可知，阜陽市2010—2017年共發(fā)生地閃37 927次。其中正地閃1 683次，占總地閃的4.44%；負(fù)地閃36 244次，占總地閃的95.56%。負(fù)地閃的平均地閃強(qiáng)度為39.38 kA，正地閃的平均地閃強(qiáng)度為55.74 kA。圖1是阜陽市2010—2017年地閃強(qiáng)度分布圖。以10 kA為間隔，把強(qiáng)度≤200 kA的地閃分成20個(gè)區(qū)間，統(tǒng)計(jì)分析各區(qū)間內(nèi)地閃占的出現(xiàn)頻率，由圖1可知，負(fù)地閃的強(qiáng)度主要集中在10～100 kA，占負(fù)閃總數(shù)的96.14%。正地閃的強(qiáng)度主要集中在10～150 kA，占正閃總數(shù)的96.73%。可以看出負(fù)地閃的離散度小于正地閃的離散度，負(fù)地閃的平均強(qiáng)度明顯小于正地閃的平均強(qiáng)度。

圖1 阜陽市2010—2017年地閃強(qiáng)度分布

2.2 時(shí)間分布特征

2.2.1 年分布 表1是阜陽市2010—2017年地閃頻次的年分布。由表1可看出，阜陽的年地閃總數(shù)呈明顯減少趨勢。2010年和2011年地閃頻次均多達(dá)1萬余次，2 a共占2010—2017年地閃總數(shù)的61.7%；2012年開始大幅減少；2014年以來每年都少于1 900次，2006年最少為11次；2017地次頻次有回升趨勢。從表1還可以看出阜陽市正負(fù)地閃占年地閃總數(shù)的比例年際差異較大，且正地閃的比例整體呈上升趨勢。

表1 阜陽市2010—2017年地閃頻次的年分布

次

2.2.2 月分布 表2是阜陽市2010—2017年地閃頻率的月分布。由表2可看出，阜陽6—10月是地閃的多發(fā)月份，占全部地閃的93.64%。集中發(fā)生在7、8月，占全部地閃的78.99%。夏季，地面溫度升高，水汽蒸發(fā)增多，對流活動(dòng)明顯增多。1、12月沒有地閃發(fā)生。

表2 阜陽市2010—2017年地閃的月分布

%

2.2.3 日分布 圖2是阜陽市2010—2017年地閃日分布圖。按整點(diǎn)時(shí)段如01—02時(shí)，02—03時(shí)，……，逐小時(shí)統(tǒng)計(jì)了地閃的頻次。從圖2可以看出，在一天中，有兩個(gè)地閃高發(fā)時(shí)段，一個(gè)在07—08時(shí)，另一個(gè)在14—21時(shí)。04時(shí)前和10—13時(shí)間是地閃活動(dòng)最少的時(shí)段，可以看出地閃活動(dòng)大部分是發(fā)生在白天，尤其是午后。

圖2 阜陽市2010—2017年地閃頻次日分布

2.3 空間分布特征

2.3.1 地閃密度 圖3是阜陽市2010—2017年地閃密度的空間分布圖。從圖3可以看出，阜陽市地閃密度分布存在地域差異。其中，臨泉縣南部和西部地區(qū)、潁上縣南部地區(qū)地閃密度大于2次/(km2·a)，明顯比其他地方的地閃密度大；而臨泉縣北部和界首市、太和縣、阜南縣、潁上縣北部都是地閃密度較小的地方，地閃密度小于1次/(km2·a)，更多為0.5次/(km2·a)以下。出現(xiàn)這種地域差異，可能與下墊面有關(guān)。臨泉縣南部地區(qū)地勢稍高，且有地下水冒頭，水源充足，是多道河流的發(fā)源地，潁上縣東南部河湖眾多，水源充足，為對流活動(dòng)提供了充足的水汽條件。

圖3 阜陽市2010—2017年地閃密度(單位為次/(km2·a))空間分布

2.3.2 地閃強(qiáng)度 圖4是阜陽市2010—2017年地閃強(qiáng)度的空間分布圖。從圖4可以看出，地閃強(qiáng)度的空間分布比較均勻，并不存在明顯的地域性。全市大部分地區(qū)的地閃強(qiáng)度都在30～60 kA，阜陽市區(qū)、潁上縣和太和縣小于30 kA的地閃稍多，臨泉縣中部、界首市中南部和阜南縣大于60 kA的地閃稍多。

圖4 阜陽市2010—2017年地閃強(qiáng)度(單位為kA)的空間分布

3 阜陽市雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃

雷電致災(zāi)因子包括地閃密度、地閃強(qiáng)度等氣象因子以及地形地貌等環(huán)境因子[4]。阜陽市地處皖北平原地帶，土壤類型相近，且地形地貌起伏較小，故不考慮土壤電導(dǎo)率、海拔高度和地形起伏差異等環(huán)境因子的影響。通過將阜陽市地閃密度和地閃強(qiáng)度空間分布疊置，可客觀地反應(yīng)出阜陽市雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的分布情況。運(yùn)用層次分析法[5-8]，建立致災(zāi)因子的判斷矩陣?？紤]到阜陽平均地閃強(qiáng)度較小，認(rèn)為地閃密度帶來的風(fēng)險(xiǎn)比地閃強(qiáng)度的稍大，故判斷矩陣

求得判斷矩陣的最大特征值λmax=2，一致性比率指標(biāo)CR=0，則判斷矩陣的一致性是可以接受的。所以地閃密度與地閃強(qiáng)度的權(quán)重為ω。對阜陽市地閃密度和地閃強(qiáng)度空間分布柵格數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理。利用MATLAB程序?qū)⒌亻W密度和地閃強(qiáng)度柵格數(shù)據(jù)歸一化到[0,1],按ω的權(quán)重進(jìn)行加權(quán)計(jì)算，得到阜陽市雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分布圖(圖5)。從圖中可以看出，阜南縣和潁上縣北部地區(qū)、界首市中部是雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)較小的地區(qū)，臨泉縣、太和縣、阜陽市區(qū)、阜南縣南部、潁上縣南部是雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)較大的區(qū)域。

圖5 阜陽市雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分布

4 結(jié)論

(1)阜陽市負(fù)地閃占總地閃的96%左右，正地閃占4%左右；負(fù)地閃的平均強(qiáng)度39.38 kA，正地閃的平均強(qiáng)度為55.74 kA。地閃總數(shù)年際變化呈明顯減少趨勢。正負(fù)地閃占年地閃總數(shù)的比例年際變化較大，且正地閃的比例呈上升趨勢。

(2)阜陽的地閃集中發(fā)生在7、8月，占全部地閃的78.99%。日變化呈現(xiàn)兩峰兩谷型，07—08時(shí)、14—21時(shí)是地閃多發(fā)時(shí)段，04時(shí)前和10—13時(shí)間是地閃活動(dòng)最弱的時(shí)段，地閃活動(dòng)大部分發(fā)生在白天，尤其是午后。

(3)阜陽市地閃密度分布呈現(xiàn)地域差異，臨泉縣南部地區(qū)是地閃密度最大的地區(qū)，潁上縣南部、臨泉縣西部部分地閃密度也比較大。阜陽地閃的強(qiáng)度分布無明顯的地域差異。

(4)阜南縣和潁上縣北部地區(qū)、界首市中部是雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)較小的地區(qū)，臨泉縣、太和縣、阜陽市區(qū)、阜南縣南部、潁上縣南部是災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)較大的區(qū)域。