萬盛地閃活動(dòng)規(guī)律與雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域研究

楊浩 夏航 陳微建

摘 要：本文利用萬盛2009—2018年地閃定位監(jiān)測資料，統(tǒng)計(jì)分析了萬盛地閃活動(dòng)的逐年、逐月、逐日活動(dòng)特性，結(jié)果表明：萬盛年地閃特征以負(fù)地閃為主，地閃總體數(shù)量呈上升趨勢，負(fù)地閃與總地閃百分率呈正相關(guān)關(guān)系;地閃月活動(dòng)規(guī)律呈現(xiàn)明顯的季節(jié)性變化，夏季（6、7、8月）是閃電多發(fā)月份，1、2、10、11、12月份為地閃低發(fā)月份;地閃日變化規(guī)律呈單峰型，屬于白天主導(dǎo)，峰值時(shí)段集中在15∶00—19∶00，谷值時(shí)段集中在7∶00—13∶00;地閃平均強(qiáng)度為28.66kA，地閃強(qiáng)度主要集中在20～60kA間隔段，地閃強(qiáng)度主要分布在10～100kA之間，正負(fù)地閃的分布曲線大致相同，地閃以20kA和180kA為界限。利用ArcGIS軟件做出萬盛年平均地閃密度圖、年平均地閃強(qiáng)度圖，采用自然斷點(diǎn)法，將萬盛雷電災(zāi)害易發(fā)區(qū)域劃分為高易發(fā)區(qū)域、中高易發(fā)區(qū)域和低高易發(fā)區(qū)域3個(gè)等級，并指出雷電易發(fā)等級的分布區(qū)域。

關(guān)鍵詞：地閃;規(guī)律;雷電;風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域

中圖分類號：S16 ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20200330037

萬盛地處四川盆地東南邊緣與云貴高原銜接過渡山區(qū)，具有四川盆地亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候特點(diǎn)，年平均雷暴日41d，屬于多雷暴地區(qū)。本文通過統(tǒng)計(jì)分析萬盛近10a的閃電定位監(jiān)測資料，對萬盛的地閃活動(dòng)規(guī)律和雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行了分析研究，為今后萬盛的防雷減災(zāi)工作、雷電預(yù)警預(yù)報(bào)服務(wù)、雷電易發(fā)區(qū)劃提供一定的參考依據(jù)和理論數(shù)據(jù)。

1 資料來源和分析方法

1.1 資料來源

本文使用萬盛2009—2018年地閃定位監(jiān)測資料。該資料來源于重慶市閃電監(jiān)測網(wǎng)，該網(wǎng)由閃電定位儀、中心數(shù)據(jù)處理站、用戶數(shù)據(jù)服務(wù)網(wǎng)絡(luò)及圖形顯示終端組成，包括1個(gè)主站（沙坪壩），酉陽、城口、云陽、石柱4個(gè)子站，且與四川、陜西、湖北、貴州等鄰近區(qū)域的雷電監(jiān)測站點(diǎn)聯(lián)網(wǎng)。其中每條閃電資料包含閃電發(fā)生的時(shí)間、經(jīng)度、緯度、閃電強(qiáng)度、陡度、誤差、定位方式、地理位置參數(shù)。

1.2 分析方法

采用統(tǒng)計(jì)方法，統(tǒng)計(jì)一天中00∶00—01∶00（標(biāo)為0）、01∶00—02∶00（標(biāo)為1）……23∶00—24∶00（標(biāo)為23），逐小時(shí)統(tǒng)計(jì)地閃頻數(shù)及正負(fù)地閃占總地閃的比值，得出閃電變化的時(shí)變化特征;逐月統(tǒng)計(jì)相同月份的地閃頻數(shù)，得出總地閃月變化特征;在剔除超過200kA的雷電流后，按照10kA為間隔，把閃電強(qiáng)度≤200kA的閃電劃分為20個(gè)等級，計(jì)算出各個(gè)等級內(nèi)閃電占總閃電的比例。在空間上，采用0.01°×0.01°網(wǎng)格化萬盛地圖，通過ArcGIS軟件作圖分析萬盛2009—2018年平均地閃密度及平均地閃強(qiáng)度圖。采用自然斷點(diǎn)法選取平均地閃密度分布圖、平均地閃強(qiáng)度分布圖、海拔高度、地形起伏、人口密度、GDP密度等因子計(jì)算雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)易發(fā)指數(shù)，進(jìn)行分類處理，得出萬盛雷電災(zāi)害易發(fā)區(qū)域圖。

2 ?地閃活動(dòng)特征

2.1 地閃逐年分布規(guī)律

表1為萬盛2009—2018年地閃數(shù)量及負(fù)地閃占總地閃百分率統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表。從表1中可以看出，萬盛10a間共發(fā)生18994次地閃，年平均地閃次數(shù)為1899.4次。其中正地閃398次，年平均39.8次，占地閃總數(shù)的2.1%;負(fù)地閃18596次，年平均1859.6次，占地閃總數(shù)的97.9%，結(jié)果表明萬盛地閃特征以負(fù)地閃為主。

通過分析10a間的負(fù)地閃占總地閃的百分比，可以看出該數(shù)據(jù)在2017年形成峰值，同年全年總地閃次數(shù)為5165次，排名第1位;2010年形成次峰值，同年全年總地閃次數(shù)為4431次，排名第2位;2015年形成谷值，同年全年總地閃次數(shù)為640次，排名第10位;2014年形成次谷值，同年全年總地閃次數(shù)為752次，排名第9位。結(jié)果表明，萬盛年地閃數(shù)量越多，則負(fù)地閃占總地閃百分比越大，兩者呈正相關(guān)關(guān)系。

圖1為萬盛2009—2018年地閃變化規(guī)律圖。從圖1可以看出，萬盛年地閃數(shù)量最大值出現(xiàn)在2017年，為5196次;最小值出現(xiàn)在2015年，為694次。利用移動(dòng)平均法分析，可以看出萬盛年地閃數(shù)量年變化規(guī)律呈u型分布，在2009—2012年地閃數(shù)量總體呈明顯下降趨勢;2012—2016年間略微浮動(dòng)，總體呈平衡狀態(tài);2016—2018年間，總體呈明顯上升趨勢。通過線性趨勢分析萬盛年地閃數(shù)量年變化規(guī)律，可以看出萬盛年地閃數(shù)量總體呈緩慢上升趨勢。

2.2 地閃逐月分布規(guī)律

圖2為萬盛地閃逐月規(guī)律分布圖，通過統(tǒng)計(jì)萬盛2009—2018年相同月份地閃數(shù)量占總地閃數(shù)量的百分率，結(jié)果表明萬盛雷電活動(dòng)規(guī)律呈現(xiàn)明顯的季節(jié)性變化。夏季（6、7、8月）是閃電多發(fā)月份，這3個(gè)月的地閃占全部地閃的86%左右，地閃發(fā)生的峰值出現(xiàn)在8月份，占全年地閃的54%左右，8月過后則快速遞減。1、2、10、11、12月份為地閃低發(fā)月份，這5個(gè)月的地閃占全年地閃的1%左右，特別是1、12月，幾乎沒有閃電發(fā)生。

造成這種月分布原因是從3月份開始，溫度逐漸提升，熱力不穩(wěn)定條件逐漸增強(qiáng)，對流性天氣增多，雷暴發(fā)生的次數(shù)逐月增加，特別是7、8月份，正值汛期，水汽增多，有利于對流天氣形成，所以7、8月份很容易出現(xiàn)雷暴。9月份以后，溫度下降，熱力不穩(wěn)定條件減弱，對流性天氣很少發(fā)生，雷暴發(fā)生的次數(shù)開始回落，大氣層結(jié)相對較穩(wěn)定，因此冬季雷暴發(fā)生次數(shù)較少。

2.3 地閃的日變化規(guī)律

圖3為地閃逐時(shí)分布規(guī)律圖。通過統(tǒng)計(jì)萬盛2009—2018年每天中每個(gè)小時(shí)地閃數(shù)量占總地閃數(shù)的百分率，可以看出萬盛雷電活動(dòng)日變化呈單峰型，屬于白天主導(dǎo)，高峰值時(shí)段集中在15∶00—19∶00，占全天總數(shù)的65%左右，其中18時(shí)達(dá)到峰值。表明1d當(dāng)中對流天氣集中發(fā)生在15∶00—19∶00，這也是做好雷電監(jiān)測、預(yù)警的關(guān)鍵時(shí)期;低值區(qū)集中在7∶00—13∶00，占全天總數(shù)的3.34%左右，最小值出現(xiàn)在11∶00。表明萬盛1d當(dāng)中閃電活動(dòng)最弱的階段發(fā)生在7∶00—13∶00，地閃發(fā)生平穩(wěn)且較少。

2.4 地閃的強(qiáng)度特征

圖4為地閃強(qiáng)度分布特征圖?？梢钥闯稣亻W和負(fù)地閃變化趨勢較大，正地閃的波形變化較負(fù)地閃的波形變化緩慢，地閃平均強(qiáng)度為28.66kA，其中，正地閃的平均強(qiáng)度33.94kA，負(fù)地閃的平均強(qiáng)度23.38kA。地閃強(qiáng)度主要集中在20～60kA間隔段，占地閃總數(shù)的80.83%左右，其中正負(fù)地閃數(shù)量分別占正負(fù)地閃總數(shù)60.67%和81.24%。地閃的峰值出現(xiàn)在30～40kA間隔段，占地閃總數(shù)的30.34%左右，正負(fù)地閃數(shù)量分別占正負(fù)地閃總數(shù)的18.41%和29.97%。10～100kA間隔段內(nèi)地閃的數(shù)量占總正地閃數(shù)量的97.32%，其中正負(fù)地閃數(shù)量分別占正負(fù)地閃總數(shù)87.45%和97.35%，說明地閃強(qiáng)度主要分布在10～100kA之間。

圖5為地閃強(qiáng)度累計(jì)百分率分布圖。可以看出正負(fù)地閃的分布曲線大致相同，地閃強(qiáng)度以20kA和180kA為界限，在強(qiáng)度在≤20kA和>180kA之間時(shí)，正地閃的累計(jì)百分率高于負(fù)地閃，當(dāng)?shù)亻W強(qiáng)度>20kA≤180kA之間時(shí)，負(fù)地閃的累計(jì)百分率高于正地閃。從地閃強(qiáng)度的分布來看，正地閃在強(qiáng)度≤110kA時(shí)，正地閃的累計(jì)百分率為92.05%，負(fù)地閃在強(qiáng)度≤70kA時(shí)，負(fù)地閃的累計(jì)百分率為92.92%，說明正地閃分布較為分散，沒有負(fù)地閃集中。

2.5 地閃強(qiáng)度空間分布特征

圖6是萬盛地閃強(qiáng)度分布圖。從圖中可以看到，地閃強(qiáng)度的分布比較均勻，不存在明顯的地域性，大部分地區(qū)強(qiáng)度都在26～55kA之間，但也有大強(qiáng)度地閃分布其中。

圖7是萬盛地閃密度分布圖。從圖中可以看出，萬盛年平均地閃密度3.51次/km，密度較高的區(qū)域集中在金橋鎮(zhèn)中部及西部、叢林鎮(zhèn)中部及南部、萬東鎮(zhèn)南部、黑山鎮(zhèn)中部及南部、南桐鎮(zhèn)中部及南部、青年鎮(zhèn)中部及西部、關(guān)壩鎮(zhèn)西部、石林鎮(zhèn)中部及西部，地閃密度超過了6次/km2;4個(gè)極值中心分布在萬東鎮(zhèn)南部、南桐鎮(zhèn)南部、青年鎮(zhèn)中部、青年鎮(zhèn)西部，地閃密度超過了11次/km2;萬盛街道、東林街道地閃密度較小，地閃密度<3次/km2。出現(xiàn)這種差異，可能與萬盛的地形地貌有關(guān)，萬盛屬四川盆地東南邊緣與云貴高原銜接過渡山區(qū)，地勢東高西低，山脈南北伸展，水庫，河流眾多，水源充足，為對流活動(dòng)提供了充足的水汽。

2.6 雷電災(zāi)害易發(fā)區(qū)域分析

圖8是萬盛雷電災(zāi)害易發(fā)分布圖。萬盛經(jīng)開區(qū)雷電災(zāi)害易發(fā)區(qū)域主要選取地閃密度分布圖、地閃強(qiáng)度分布圖、海拔高度、地形起伏、人口密度、GDP密度等因子計(jì)算雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)易發(fā)指數(shù)，采用自然斷點(diǎn)法進(jìn)行分類處理，把萬盛雷電災(zāi)害易發(fā)區(qū)域劃分為高易發(fā)區(qū)域、中高易發(fā)區(qū)域和低高易發(fā)區(qū)域。高易發(fā)區(qū)域主要分布在萬盛街道、東林街道、萬東鎮(zhèn)、金橋鎮(zhèn)西部、叢林鎮(zhèn)中部、黑山鎮(zhèn)中部、南桐鎮(zhèn)南部、青年鎮(zhèn)中部及西部、關(guān)壩鎮(zhèn)北部等地;中易發(fā)區(qū)域主要分布在關(guān)壩鎮(zhèn)中部、南桐中部、石林北部、黑山西部等地;低易發(fā)區(qū)域主要分布在叢林鎮(zhèn)東部、石林鎮(zhèn)南部、關(guān)壩鎮(zhèn)南部、黑山鎮(zhèn)中東部。

3 結(jié)論

萬盛地閃特征以負(fù)地閃為主，占全年地閃總數(shù)的97.9%，地閃數(shù)量越多，則負(fù)地閃占總地閃百分比越大，兩者呈正相關(guān)關(guān)系;通過線性趨勢分析萬盛年地閃數(shù)量年變化規(guī)律，可以看出萬盛年地閃數(shù)量總體呈上升趨勢。

萬盛地閃月變化規(guī)律呈現(xiàn)明顯的季節(jié)性變化。夏季（6、7、8月）是閃電多發(fā)月份，這3個(gè)月的地閃占全部地閃的86%左右，地閃發(fā)生的峰值出現(xiàn)在8月份，占全年地閃的54%左右;1、2、10、11、12月份為地閃低發(fā)月份，這5個(gè)月的地閃占全年地閃的1%左右，特別是1、12月，幾乎沒有閃電發(fā)生。

萬盛地閃日變化呈單峰型，屬于白天主導(dǎo)，高峰值時(shí)段集中在15∶00—19∶00，占全天總數(shù)的65%左右，其中18∶00達(dá)到峰值;低值區(qū)集中在7∶00—13∶00，占全天總數(shù)的3.34%左右，最小值出現(xiàn)在11∶00。

萬盛正地閃和負(fù)地閃變化趨勢較大，正地閃的波形變化較負(fù)地閃的波形變化緩慢，地閃平均強(qiáng)度為28.66kA，地閃強(qiáng)度主要集中在20～60kA間隔段，地閃強(qiáng)度主要分布在10～100kA之間，正負(fù)地閃的分布曲線大致相同，地閃以20kA和180kA為界限。

萬盛地閃強(qiáng)度的分布比較均勻，不存在明顯的地域性，大部分地區(qū)強(qiáng)度都在26～55kA之間，年平均地閃密度3.51次/km2;4個(gè)極值中心分布在萬東鎮(zhèn)南部、南桐鎮(zhèn)南部、青年鎮(zhèn)中部、青年鎮(zhèn)西部，地閃密度超過了11次/km。

萬盛雷電災(zāi)害高易發(fā)區(qū)域主要分布在萬盛街道、東林街道、萬東鎮(zhèn)、金橋鎮(zhèn)西部、叢林鎮(zhèn)中部、黑山鎮(zhèn)中部、南桐鎮(zhèn)南部、青年鎮(zhèn)中部及西部、關(guān)壩鎮(zhèn)北部等地;中易發(fā)區(qū)域主要分布在關(guān)壩鎮(zhèn)中部、南桐中部、石林北部、黑山西部等地;低易發(fā)區(qū)域主要分布在叢林鎮(zhèn)東部、石林鎮(zhèn)南部、關(guān)壩鎮(zhèn)南部、黑山鎮(zhèn)中東部。

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（責(zé)任編輯 周康）