南京地區(qū)閃電特征分析

曲驊倩 高巍 孫飛馳 崔耀鵬 秦瑜 華婧婧

摘要 利用江蘇省閃電定位儀2008—2010年的數(shù)據(jù)，采用ArcGIS和Sufer繪制閃電密度圖、閃電強(qiáng)度圖，最終得出南京市閃電活動(dòng)的特征。結(jié)果表明，南京地區(qū)閃電活動(dòng)空間和閃電強(qiáng)度分布不均勻，閃電密度和閃電強(qiáng)度的高值區(qū)主要分布于江寧區(qū);閃電頻數(shù)隨緯度影響不如經(jīng)度明顯，且經(jīng)度變化呈單峰型分布，而地形地貌、水汽條件和城市熱島等因素可能是導(dǎo)致上述特征的主因。

關(guān)鍵詞 南京;雷電災(zāi)害;時(shí)空分布

中圖分類(lèi)號(hào)：P427.3?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A?文章編號(hào)：2095-3305（2019）06-082-03

DOI： 10.19383/j.cnki.nyzhyj.2019.06.030

Analysis on the Characteristics of Lightning Activity and Lightning Disaster in Nanjing

QU Hua-qianet al（Huanren Manchu Autonomous County Meteorological Bureau，Benxi，Liaoning 117200）

Abstract?Based on the lightning data of Jiangsu lightning location instrument from 2008 to 2010，ArcGIS and Sufer were used to draw the lightning density map and lightning intensity map，and finally the characteristics of lightning activity in Nanjing were obtained. The results showed that the distribution of lightning activity space and intensity was not uniform in Nanjing area，and the high value areas of lightning density and intensity were mainly distributed in Jiangning area. The influence of latitude on lightning frequency was not as obvious as longitude，and the longitude changed in a unimodal distribution. Topography，water vapor condition and urban heat island may be the main reasons for the above characteristics.

Key words Nanjing;Lightning disaster;Spatial and temporal distribution

南京位于31°14′～32°36′N(xiāo)，118°22′～119°14′E，全市面積6 597 km2。南京屬于北亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，兼受西風(fēng)環(huán)流、副熱帶和熱帶天氣系統(tǒng)控制，氣候復(fù)雜，災(zāi)害性天氣頻次高。隨著南京城市的快速發(fā)展，雷電災(zāi)害造成的影響和威脅日趨嚴(yán)重，因此，迫切需要雷電監(jiān)測(cè)、預(yù)警以及對(duì)雷電災(zāi)害的防護(hù)。閃電產(chǎn)生于雷暴天氣，是雷暴天氣的基本特征，閃電的活動(dòng)規(guī)律與雷暴有密切關(guān)系，可以通過(guò)閃電的活動(dòng)規(guī)律研究雷暴，也可以通過(guò)雷暴來(lái)研究閃電的活動(dòng)規(guī)律，因此，分析南京市閃電活動(dòng)規(guī)律，有助于指導(dǎo)南京市開(kāi)展防雷減災(zāi)等工作。

閃電參數(shù)從客觀(guān)上反映了閃電活動(dòng)的規(guī)律[1-2]，關(guān)于閃電特征的分析，除了閃電落雷位置、地面落雷密度，還有閃電發(fā)生的時(shí)空數(shù)據(jù)。因此，基于閃電定位系統(tǒng)，可以收集到更精確的數(shù)據(jù)，再通過(guò)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、探討、分析，就可以將復(fù)雜的閃電特征用簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)和圖文表達(dá)出來(lái)，有助于更多的人了解閃電活動(dòng)的特征。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者通過(guò)閃電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所獲得的大量數(shù)據(jù)頗有參考價(jià)值。易燕明等[3]根據(jù)廣州市的閃電定位資料，分析了廣州市的地閃密度時(shí)空分布特征，研究結(jié)果表明，廣州市地閃密度空間分布具有明顯的區(qū)域性，閃電密度分布高的區(qū)域與電流強(qiáng)度高的區(qū)域基本一致。余建華等[4]利用2004—2007年江西省雷電監(jiān)測(cè)定位系統(tǒng)獲取的閃電數(shù)據(jù)資料，對(duì)江西省閃電強(qiáng)度、陡度的分布以及相關(guān)關(guān)系進(jìn)行了分析。馮桂力等[5]根據(jù)山東地區(qū)雷電監(jiān)測(cè)網(wǎng)1998—2000年的閃電數(shù)據(jù)資料，對(duì)閃電時(shí)空分布特征進(jìn)行分析，證明了閃電分布與下墊面和地形密切相關(guān)。

筆者利用2008—2010年南京地區(qū)閃電定位系統(tǒng)的閃電數(shù)據(jù)，結(jié)合南京地區(qū)的氣候、地形地貌等因素，對(duì)南京地區(qū)閃電的時(shí)空分布特征進(jìn)行了分析。

1?資料與方法

江蘇地區(qū)閃電定位系統(tǒng)建于2005年，使用的是ADTD閃電探測(cè)儀，采用時(shí)差測(cè)向混合閃電定位法對(duì)閃電進(jìn)行定位，目前由9個(gè)閃電探測(cè)站點(diǎn)組成，主站位于南京，基本覆蓋了江蘇省13個(gè)地市的主要行政區(qū)域。ADTD閃電定位系統(tǒng)探測(cè)精度高，且能長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)而穩(wěn)定的運(yùn)行，以150 km半徑范圍內(nèi)為基線(xiàn)進(jìn)行連續(xù)實(shí)時(shí)自動(dòng)探測(cè)，鐘頻最高至16 MHz，定位誤差小于1 km，以95%的探測(cè)效率使每個(gè)閃電回?fù)舻奶幚頃r(shí)間在1 ms左右。該系統(tǒng)能實(shí)時(shí)地將各監(jiān)測(cè)站所測(cè)得的數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理站進(jìn)行集中處理，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)地閃時(shí)間、位置（經(jīng)度、緯度）、強(qiáng)度、陡度和極性的自動(dòng)監(jiān)測(cè)[6-10]。探測(cè)顯示了二站振幅、二站混合、三站混合和四站算法[11]這4種定位方式。

所用閃電資料來(lái)自江蘇省ADTD閃電定位系統(tǒng)2008年1月至2010年12月的閃電觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)?；静捎脭?shù)理統(tǒng)計(jì)方法，利用ArcGIS空間分析技術(shù)繪制閃電密度圖，利用Sufer繪制閃電強(qiáng)度圖，利用Matlab統(tǒng)計(jì)閃電頻數(shù)隨經(jīng)緯度的變化，利用Excel繪制直方圖進(jìn)行分析。

2?結(jié)果與分析

2.1?閃電密度分布

從圖1可以看出，南京閃電活動(dòng)分布主要集中在江寧區(qū)，閃電密度的高值區(qū)分布在江寧區(qū)東北部，高達(dá)9次/km2，閃電圍繞密度中心向四周逐漸減少;江寧區(qū)中部和南部出現(xiàn)次密度中心，達(dá)4次/km2;溧水區(qū)西北部、高淳區(qū)南部和六合北部出現(xiàn)閃電密度較低值區(qū)，約有3次/km2，浦口西北部和市區(qū)的閃電密度最小，全市閃電分布不均勻。 2.2?閃電強(qiáng)度分布

從圖2可以看出，南京地區(qū)的閃電強(qiáng)度分布具有以下特點(diǎn)：閃電強(qiáng)度最高值大于380 kA，低值小于20 kA，閃電高值區(qū)（≥150 kA）主要分布在江寧區(qū)，其次還有溧水區(qū)中西部，高淳區(qū)中部、北部，浦口區(qū)西部，市區(qū)北部;次高值區(qū)（介于60～150 kA）分布在江寧區(qū)、市區(qū)、高淳區(qū)南部和東南部;而六合區(qū)中部及浦口區(qū)西南部為雷擊強(qiáng)度相對(duì)小值區(qū)。

2.3?閃電頻數(shù)隨經(jīng)緯度變化特征

從圖3a可以看出，31.4°～31.6° N為閃電低發(fā)區(qū)，32.2°～32.4° N為次低發(fā)區(qū)，31.8°～32° N為高發(fā)區(qū)，可見(jiàn)閃電在緯度間變化十分不穩(wěn)定。從圖3b可以看出，閃電頻數(shù)隨經(jīng)度幾乎呈單峰型分布，在118.4°～119° E與經(jīng)度正相關(guān)，在119.0°～119.2° E與經(jīng)度負(fù)相關(guān)。閃電高發(fā)區(qū)在118.8°～119.0° E，次高發(fā)區(qū)在118.6°～118.8° E，低發(fā)區(qū)在118.3°～118.6° E，次低發(fā)區(qū)為119.1°～119.2°E。可見(jiàn)閃電低發(fā)區(qū)位于浦口區(qū)西北部，次低發(fā)區(qū)位于六合區(qū)、高淳區(qū)，次高發(fā)區(qū)位于主城區(qū)、溧水區(qū)，高發(fā)區(qū)位于江寧區(qū)。

2.4?地形地貌、水汽條件和城市熱島效應(yīng)對(duì)閃電的影響

在西風(fēng)環(huán)流、副熱帶高壓等大尺度天氣和經(jīng)緯度的影響下，南京閃電密度和閃電強(qiáng)度分布顯得十分不均勻，而地形地貌、水汽條件和城市熱島效應(yīng)也對(duì)其造成了十分重要的影響。

2.4.1?地形地貌和水汽條件的影響?江寧區(qū)有低山丘陵、崗地、平原等，南北兩側(cè)高、中間低。東北部和西部有孔山、青龍山、橫山、云臺(tái)山等，中部佇立著牛首山以及平坦的秦淮河平原，不僅有縱貫?zāi)媳钡那鼗春?，還有穿插其中的江寧河和七鄉(xiāng)河。氣流在兩側(cè)丘陵山脈提供的動(dòng)力與熱力作用下抬升，又遇到河流提供的水汽因子，易形成強(qiáng)對(duì)流造成雷電活動(dòng)，因而閃電分布主要集中在江寧區(qū)。而高淳區(qū)地勢(shì)東高西低，東部為茅山、天目山余脈連接部等的丘陵山區(qū)，西部為河網(wǎng)稠密的圩區(qū)，全縣為固城湖、石臼湖和水陽(yáng)江環(huán)繞，地形、水汽條件以及土壤電阻率低且含水量高的湖邊都適于雷暴發(fā)展。在雷電多發(fā)的夏季，在溫度、濕度和地形共同作用下，積雨云變得十分深厚，感應(yīng)電荷更多，雷擊強(qiáng)度也相對(duì)更大。沿江一帶長(zhǎng)江從主城區(qū)穿過(guò)，又有棲霞山、紫金山區(qū)和幕府山為主的沿江帶狀山區(qū)等山脈，地形和水汽條件都非常有利，雷擊強(qiáng)度也相應(yīng)更大?？梢钥闯觯W電集中區(qū)域、閃電強(qiáng)度大的區(qū)域均和丘陵、山脈、河流的地形密切相關(guān)。

2.4.2?城市熱島和城市磁場(chǎng)的影響?南京江寧區(qū)、六合區(qū)、棲霞區(qū)等工廠(chǎng)企業(yè)多，電子儀器、微電子設(shè)備和通訊設(shè)備密集，工業(yè)導(dǎo)致的城市用電劇增，城市電磁場(chǎng)已在自然狀態(tài)下發(fā)生了很大轉(zhuǎn)變，更易受雷電電磁脈沖影響，同時(shí)許多工廠(chǎng)企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中排放大量高溫、暖濕氣體;市區(qū)人員密集、高樓密集、植被稀疏，導(dǎo)致二氧化碳排放也比較大。這些氣體常含有大量導(dǎo)電粒子游離的分子團(tuán)，在城市熱島環(huán)流作用下，有助于對(duì)流天氣的形成，易導(dǎo)致雷災(zāi)發(fā)生。

3?結(jié)論與討論

南京地區(qū)閃電活動(dòng)空間和閃電強(qiáng)度分布不均勻，而閃電發(fā)生和閃電強(qiáng)度均與地形地貌、水汽條件和城市熱島有關(guān)。閃電密度和閃電強(qiáng)度的高值區(qū)主要分布在江寧區(qū)，這與江寧地區(qū)獨(dú)特的地形地貌有關(guān)系，同時(shí)江寧區(qū)也是工業(yè)集中區(qū)。閃電活動(dòng)主要活躍于秦淮河、長(zhǎng)江、石臼湖、秦淮河等水域附近的寧鎮(zhèn)丘陵，這些區(qū)域通常閃電強(qiáng)度也相對(duì)較高。而地形逸散開(kāi)闊又無(wú)水域的平原地帶，比如六合中部和浦口西南部，閃電活動(dòng)特別少，閃電強(qiáng)度也較弱。閃電頻數(shù)隨緯度變化十分不穩(wěn)定，隨經(jīng)度變化明顯，呈單峰型分布，在118.8°～119.0° E閃電活動(dòng)特別多。

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責(zé)任編輯：鄭丹丹