基于包頭地區(qū)ADTD數(shù)據(jù)地閃空間活動特征分析

張嵐彪

(包頭市土默特右旗氣象局，內(nèi)蒙古 包頭 014100)

雷電是我國比較嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一，每年給我們國家無論從經(jīng)濟(jì)還是人員上都造成了巨大的損失，近幾年，雷減災(zāi)已經(jīng)成為氣象部門重點(diǎn)開展的工作之一。閃電一般產(chǎn)生于對流發(fā)展旺盛的積雨云中，具有極強(qiáng)的破壞性[1]。近些年，國內(nèi)大多學(xué)者結(jié)合氣象資料與ArcGIS技術(shù)研究閃電活動特征，區(qū)域性閃電活動特征的研究以成為近年來雷電方面研究的重要方向之一。王學(xué)良[2]利用13個云地閃定位儀研究了湖北地區(qū)云地閃時間空間分布特征，張雅斌[3]利用2005年～2015年閃電觀測和NCEP再分析資料，對陜西省地閃時間空間分布及氣候環(huán)流特征進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得出陜西地閃主要分布在黃土高原東側(cè)、南側(cè)和秦巴山脈南麓的迎風(fēng)坡，正閃電主要位于陜北和陜南西部局地。馬明，等[4]基于星載OTD和LIS共8a的閃電數(shù)據(jù)資料，分析了我國及周邊地區(qū)閃電密度與氣候特征的關(guān)系，得出閃電與氣候相關(guān)性。國內(nèi)外學(xué)者[5～7]對全球和中國大多地方的閃電性特征都進(jìn)行了相關(guān)性研究。除此之外，國內(nèi)外學(xué)者對我國北京、天津、上海等地閃電活動特征與氣象要素之間的關(guān)系進(jìn)行了詳細(xì)的統(tǒng)計(jì)和分析，為我國區(qū)域性防災(zāi)減災(zāi)提供了有力的支撐。包頭地區(qū)地形由中部山岳地帶，山北高原草地，山南平原三部分組成，地勢中間高、南北低，西高東低，且受氣候的影響，包頭地區(qū)是內(nèi)蒙古地區(qū)發(fā)生雷暴頻率較高地區(qū)之一，雷電災(zāi)害發(fā)生概率大，且包頭地區(qū)閃電特征研究文獻(xiàn)較少，地閃定位資料應(yīng)用不多。

1 研究方法及資料

1.1 方法

數(shù)理統(tǒng)計(jì)法：用EXCEL軟件對各年閃電頻次與雷電流強(qiáng)度數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)計(jì)算與篩選(消除由于閃電定位儀設(shè)備原因?qū)е碌拈W電數(shù)據(jù)異常值)，得出包頭9個地區(qū)閃電頻次與雷電流強(qiáng)度數(shù)據(jù)分析閃電頻次強(qiáng)度變化特征。

空間分析法：ArcGIS是集空間數(shù)據(jù)顯示、編輯、查詢檢索、統(tǒng)計(jì)、報(bào)表生成、空間分析和高級制圖等眾多功能于一體的桌面應(yīng)用地理信息系統(tǒng)平臺，由3個重要部分組成：ArcGIS桌面軟件、ArcSDE、ArcIMS軟件通過這3個應(yīng)用的協(xié)調(diào)工作，可以完成任何從簡單到復(fù)雜的GIS工作，包括制圖，數(shù)據(jù)管理，地理分析和空間處理。還包括與Internet地圖和服務(wù)的整合，地理編碼，高級數(shù)據(jù)編輯，高質(zhì)量的制圖，動態(tài)投影，元數(shù)據(jù)管理，基于向?qū)У慕孛婧蛯?0種數(shù)據(jù)格式的直接支持。筆者用ArcGIS軟件對包頭地區(qū)矢量圖差值分析繪制出包頭地區(qū)閃電頻次與強(qiáng)度空間分布圖分析閃電空間變化。

1.2 資料

現(xiàn)階段，全內(nèi)蒙古已有56個ADTD地閃定位儀，呼包烏地區(qū)已有13個三維全閃定位儀，重點(diǎn)單位雷電臨近預(yù)警時效已達(dá)到0～1h，大氣電場城市網(wǎng)格化預(yù)警精度達(dá)1km×1km。中心處理數(shù)據(jù)位于內(nèi)蒙古自治區(qū)信息中心，包頭地區(qū)有一個地閃定位儀，考慮到通用性、資料的完整性本文用2015年～2018年包頭地區(qū)ADTD地閃定位儀資料，采用時差側(cè)向混合算法，資料包括閃電發(fā)生時間、經(jīng)緯度、雷電流強(qiáng)度、陡度、區(qū)域?qū)傩浴?/p>

2 地閃活動特征

2.1 地閃頻次特征

表1包頭地區(qū)閃電頻次

根據(jù)4年的地閃數(shù)據(jù)利用EXCEL軟件對各年閃電頻次與雷電流強(qiáng)度數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算與篩選，得到包頭各地區(qū)閃電頻次數(shù)據(jù)并列表。從表中我們可以看出包頭地區(qū)達(dá)爾罕茂明安聯(lián)合旗4年來地閃發(fā)生次數(shù)最多，白云鄂博礦區(qū)發(fā)生地閃次數(shù)最少，包頭市區(qū)九原區(qū)閃電次數(shù)最多為3 790次，青山區(qū)閃電次數(shù)最少為1 120次，市區(qū)總共發(fā)生10 505次閃電。

2.2 地閃頻次空間分布特征

用ArcGIS軟件建立1km×1km網(wǎng)格用矢量轉(zhuǎn)柵格插值法繪制出包頭地區(qū)2015年～2018年閃電密度空間分布圖，東河區(qū)年平均閃電密度為5.68次/km2，昆都侖區(qū)年平均閃電密度為2.96次/km2，青山區(qū)年平均閃電密度為4.4次/km2，石拐區(qū)年平均閃電密度為5.3次/km2，白云鄂博礦區(qū)年平均閃電密度為3.06次/km2，九原區(qū)年平均閃電密度為2.7次/km2，土默特右旗年平均閃電密度為4.2次/km2，固陽縣年平均閃電密度為3.1次/km2，達(dá)爾罕茂明安聯(lián)合旗年平均閃電密度為2.4次/km2。包頭地區(qū)地閃密度大的地方集中于達(dá)茂旗東南部，土默特右旗北部和南部，包頭市大部分地區(qū)，其他地區(qū)地閃密度較小。初步原因分析，閃電密度分布情況與包頭地區(qū)海拔有一定的關(guān)系，海拔越高地區(qū)閃電發(fā)生次數(shù)越多，閃電密度越高強(qiáng)度越大遭受雷擊概率越大，雷災(zāi)事故發(fā)生率越大，對這些地區(qū)需要重點(diǎn)防災(zāi)減災(zāi)的預(yù)防,加強(qiáng)防雷減災(zāi)安全知識的宣傳工作。

圖1 閃電頻次空間分布

圖2 閃電強(qiáng)度空間分布

2.3 地閃強(qiáng)度空間分布特征

用ArcGIS軟件建立1km×1km網(wǎng)格用矢量轉(zhuǎn)柵格插值法繪制出包頭地區(qū)2015年～2018年雷電流強(qiáng)度空間分布圖，包頭地區(qū)正地閃平均雷電流強(qiáng)度為50.4kA，負(fù)地閃平均雷電流強(qiáng)度為27.05kA,東河區(qū)平均雷電流強(qiáng)度為27.37kA，昆都侖區(qū)平均雷電流強(qiáng)度為29.39kA，青山區(qū)平均雷電流強(qiáng)度為24.06kA，石拐區(qū)平均雷電流強(qiáng)度為25.68kA，白云鄂博礦區(qū)平均雷電流強(qiáng)度為26.92kA，九原區(qū)平均雷電流強(qiáng)度為27.37kA，土默特右旗平均雷電流強(qiáng)度為28.57kA，固陽縣平均雷電流強(qiáng)度為27.83kA，達(dá)爾罕茂明安聯(lián)合旗平均雷電流強(qiáng)度為26.71kA。雷電流強(qiáng)度空間分布很不均勻，從圖中可以看出包頭地區(qū)整體雷電流強(qiáng)度呈現(xiàn)西大東小特點(diǎn)，強(qiáng)度高值在40kA～50kA的地區(qū)分3個部分，分別是達(dá)茂旗西北部，固陽縣中部，土右旗東部。

3 結(jié)論

筆者利用2015年～2018年包頭地區(qū)ADTD地閃數(shù)據(jù)主要對包頭地區(qū)閃電空間活動特征進(jìn)行分析得出以下結(jié)論：①包頭地區(qū)地閃頻次空間活動有明顯的地域分布特征，包頭市區(qū)青山區(qū)、石拐區(qū)、東河區(qū)地閃發(fā)生頻次較高且分布相對集中。4年總地閃發(fā)生次數(shù)為90 943次，其中負(fù)地閃發(fā)生頻73 292次，正地閃次數(shù)17 651，負(fù)地閃共占總地閃91.7%，正地閃次占總地閃8.23%，地閃主要以負(fù)地閃為主。②包頭地區(qū)雷電流強(qiáng)度空間活動有明顯的地域分布特征，且雷電流強(qiáng)度分布較分散，具有明顯的區(qū)域特性。強(qiáng)度高值集中于達(dá)茂旗東南部，固陽縣中部，包頭地區(qū)雷電流強(qiáng)度均值為27.05kA。

在實(shí)際研究中，人們還發(fā)現(xiàn)雷電空間分布特征不僅與氣候因素存在的一定關(guān)聯(lián)，還與地形下墊面存在很大的關(guān)系。在不同的地形區(qū)域條件下，閃電活動特征存在著巨大空間分布特征，不同地表環(huán)境具有不同的海拔、坡度、坡向等地形要素，在此基礎(chǔ)上，雷電發(fā)生的閃電頻率、雷電流強(qiáng)度等參數(shù)也存在極大差異。由于研究數(shù)據(jù)資料的有限性，分析時間的跨度短，這給研究結(jié)果會帶來一定的影響，造成數(shù)據(jù)的偏差，尤其對于影響平均閃電電流強(qiáng)度特性方面的研究還稍顯不足。但通過實(shí)際的數(shù)據(jù)校準(zhǔn)使得閃電數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性得到極大提高，從通過GIS制作的閃電空間區(qū)域分布圖的效果上也可以看出，包頭市閃電強(qiáng)度具有規(guī)律性的分布。今后我們還會通過研究時間的擴(kuò)增和閃電數(shù)據(jù)資料的不斷累積，進(jìn)一步完善該研究，為區(qū)域性防雷減災(zāi)奠定良好基礎(chǔ)。