近10年咸寧地閃回擊特征分析

汪旭東 王林

（咸寧氣象局，咸寧 437100）

0 引言

雷電是雷暴天氣中發(fā)生的一種長距離瞬時放電現(xiàn)象，可對電力、通信、交通運輸、自動控制等部門造成嚴重破壞或巨大損失，甚至對人民生命財產(chǎn)安全構(gòu)成嚴重威脅。雷電地閃回擊參數(shù)如地閃回擊次數(shù)、地閃回擊密度和地閃回擊強度等是防雷工程設(shè)計、雷擊風(fēng)險評估的重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。對于區(qū)域性雷電的時空分布特征，王欣眉等發(fā)現(xiàn)青島地區(qū)雷暴日數(shù)自東南向西北逐漸增多，季節(jié)性分布特征明顯，主要集中在7月和8月；吳清等發(fā)現(xiàn)海南省雷電在空間分布呈現(xiàn)出內(nèi)陸較沿海更為活躍的特點；曾東好等發(fā)現(xiàn)廣東省梅州市有著午后至傍晚最多的雷電日變化特征。雷電的空間分布也與地形地貌、土壤電阻率、天氣氣候條件等諸多因素有關(guān)。王學(xué)良等對湖北山區(qū)和平原雷電參數(shù)進行了對比分析，發(fā)現(xiàn)山區(qū)與丘陵、平原交界地帶是雷電多發(fā)地帶，鄂東南的嘉魚縣、咸安區(qū)為地閃回擊高密度區(qū)。申元等分析了云南山地的雷電流幅值、地閃回擊密度等參數(shù)隨海拔高度的變化關(guān)系，發(fā)現(xiàn)該地區(qū)的負雷電流幅值總體變化趨勢是隨海拔高度的增加而增大，而地閃回擊高密度的分布與氣候、地形、地貌、地面大型水體和城市熱島效應(yīng)又有著密切的關(guān)系。

咸寧處于亞熱帶濕潤型大陸性季風(fēng)氣候帶，境內(nèi)山地、湖泊、河流呈南北向交錯分布，受西風(fēng)帶和亞熱帶季風(fēng)環(huán)流的雙重影響，雷電災(zāi)害多發(fā)。本文利用湖北省閃電定位系統(tǒng)監(jiān)測平臺，統(tǒng)計分析了咸寧地區(qū)近10年的雷電地閃回擊次數(shù)、密度和電流強度等參數(shù)時空分布特征，以期為鄂東南雷電防護措施設(shè)計提供技術(shù)參考。

1 資料來源及統(tǒng)計方法

采用湖北省ADTD閃電定位系統(tǒng)2007—2017年的地閃回擊資料，剔除了地閃回擊強度≤5.4 kA和大于等于500 kA的數(shù)據(jù)。分別統(tǒng)計分析咸寧包括市區(qū)、赤壁、嘉魚、崇陽、通山和通城等六個縣市區(qū)的年、季、月、日逐小時的地閃回擊次數(shù)、正負地閃回擊所占比例、各縣市地閃回擊密度、總地閃回擊次數(shù)和各縣市總地閃回擊平均強度等雷電參數(shù)。

逐日統(tǒng)計每小時平均地閃回擊次數(shù)；以3—5月、6—8月、9—11月和12月到次年2月，分別代表春、夏、秋、冬四個季節(jié)進行統(tǒng)計。

2 咸寧地閃回擊次數(shù)分析

2.1 年變化特征分析

2007—2017年雷電監(jiān)測資料表明，咸寧地區(qū)負地閃回擊所占比均在94%以上，地閃回擊次數(shù)差異較大（表1）。咸寧南部地區(qū)以山地地形為主的通山縣總地閃回擊次數(shù)最多，可達97613次，年平均地閃回擊次數(shù)有8873次，而相鄰的通城縣總地閃回擊次數(shù)最少，只有19052次，年平均地閃回擊次數(shù)為1732次，其他四個縣市區(qū)的總地閃回擊次數(shù)在37000～79000不等（圖1）。11年間，咸寧六個縣市區(qū)的年地閃回擊次數(shù)峰值出現(xiàn)在2010年，而2010年的年降水量和年均濕度均為11年中的最大值?？梢娊邓畻l件越好，降水量越充沛，地閃回擊發(fā)生的概率就越大，地閃回擊次數(shù)也越多（圖2）。

表1 2007—2017年咸寧各縣市區(qū)地閃回擊次數(shù)統(tǒng)計表 Table 1 The number of return strokes of cloud-to-ground lightning in six counties and districts in Xianning in 2007—2017

圖1 2007—2017年咸寧各縣市發(fā)生的地閃回擊次數(shù)及地閃回擊密度Fig. 1 The number and density of return strokes ofcloud-to-ground lightning in six counties and districts inXianning in 2007—2017

圖2 2007—2017年咸寧各縣市地閃回擊次數(shù)變化Fig. 2 Changes in the number of return strokes of cloud to-ground lightning in six counties and districts inXianning in 2007—2017

咸寧地區(qū)11年來平均地閃回擊密度為3.3 8次/(km·a)，北部平原的市區(qū)、赤壁市及嘉魚縣的年平均地閃回擊密度超過咸寧地區(qū)地閃回擊密度的年平均值，市區(qū)的平均地閃回擊密度最高，達到4.90次/(km·a)；南部山區(qū)的崇陽縣、通山縣、通城縣年平均地閃回擊密度均小于咸寧地區(qū)年平均值，通城縣的平均地閃回擊密度最小，只有1.53次/(km·a)。咸寧北部平原地區(qū)的地閃回擊密度明顯高于南部山區(qū)的原因可能有三個：一是咸寧南部山區(qū)位于湖北地區(qū)邊緣，其在80%～85%，低于北部（閃電理論探測效率90%）；二是山區(qū)地質(zhì)狀況與平原不同，南部山區(qū)多巖石構(gòu)造，土壤電阻率較大，北部平原地區(qū)水田豐富，土壤電阻率小，更有利于云地間閃電的發(fā)生；三是與局地小氣候環(huán)境有關(guān)。

2.2 季變化特征

咸寧地區(qū)不同縣市季節(jié)性的總地閃回擊次數(shù)相差較大，均呈現(xiàn)明顯的季節(jié)變化。其中夏季總地閃回擊次數(shù)最多，六個縣市區(qū)夏季總地閃回擊次數(shù)均占全年總地閃回擊次數(shù)的66.98%以上，其中赤壁市夏季總地閃回擊次數(shù)的占比最高，達到73.72%。春季總地閃回擊次數(shù)的占比多于秋季，冬季最少。咸寧地區(qū)春夏季總地閃回擊次數(shù)占全年總地閃回擊次數(shù)的比率均在86.26%以上，赤壁市最高，可達91.36%。由此可見，春夏季是雷電多發(fā)季節(jié)，也是雷電防護的關(guān)鍵季節(jié)。

2.3 月變化特征

圖3 是2007—2017年咸寧地區(qū)各縣市區(qū)總地閃回擊次數(shù)的月際變化。可以看出，咸寧地區(qū)各縣市區(qū)的月總地閃回擊次數(shù)變化峰值出現(xiàn)在8月。通山縣最多，8月達到35188次。一年中，咸寧地區(qū)各縣市區(qū)3—9月總地閃回擊次數(shù)均占全年的93.31%以上，屬雷電集中高發(fā)期，其中通城縣該時段的地閃回擊次數(shù)占比最多，可達98.18%。

圖3 2007—2017年咸寧各縣市雷電地閃回擊次數(shù)月際變化Fig. 3 Monthly Changes in the number of return strokes ofcloud-to-ground lightning in six counties and districts inXianning in 2007—2017

2.4 日變化特征

咸寧地區(qū)各縣市區(qū)總地閃回擊次數(shù)日變化顯示，最大值一般出現(xiàn)在13—18時，最小值出現(xiàn)在08—12時（圖4）。即凌晨至上午氣溫較低時段，總地閃回擊次數(shù)較少，下午至傍晚氣溫相對較高，其總地閃回擊次數(shù)也相對較高。其中，通山、咸安、赤壁和崇陽四個地區(qū)的日總地閃回擊次數(shù)變化峰值較明顯，通山峰值出現(xiàn)在14時，其他三個地區(qū)峰值出現(xiàn)在15—16時。通城和嘉魚縣兩個地區(qū)的日總地閃回擊次數(shù)變化較平緩，峰值出現(xiàn)在15—17時。下午至傍晚總地閃回擊次數(shù)較高，主要是受太陽輻射影響，地面溫度升高，從而較好的熱力條件有利于對流云的發(fā)展。而一般對流云是在午后開始發(fā)展，在傍晚時最為活躍。

圖4 2007—2017年咸寧各縣市雷電總地閃回擊次數(shù)日變化Fig. 4 Daily Changes in the number of return strokes ofcloud-to-ground lightning in six counties and districts inXianning in 2007—2017

3 地閃回擊強度變化特征

2007—2017年咸寧地閃回擊平均電流強度約為33.47 kA，各縣市區(qū)各季度總地閃回擊平均強度呈現(xiàn)出明顯的南北差異。南部的通城、通山和崇陽縣三個地區(qū)的地閃回擊平均電流強度大于北部的赤壁、嘉魚和咸寧市區(qū)。其中，通城縣總地閃回擊平均電流強度最大，高達43.87 kA，咸寧市轄區(qū)的總地閃回擊平均電流強度最小，只有26.50 kA（圖5）。從季節(jié)上看，通城縣和咸寧市區(qū)的總地閃回擊強度夏季最高，赤壁、通山和嘉魚三個地區(qū)的總地閃回擊電流強度春季最高，只有崇陽縣的總地閃回擊電流強度在秋季達到最大值。咸寧地區(qū)各縣市冬季的總地閃回擊電流強度均為最低。

圖5 2007—2017年咸寧各縣市雷電總地閃回擊平均電流強度分布Fig. 5 Average intensity distribution of return strokes ofcloud-to-ground lightning in six counties and districts inXianning in 2007—2017

4 結(jié)論

通過湖北省2007—2017年ADTD閃電定位儀的相關(guān)資料對咸寧地區(qū)的地閃回擊次數(shù)、極性以及地閃回擊密度和地閃回擊強度等參數(shù)進行分析，得到以下結(jié)論。

1）咸寧各地區(qū)總地閃回擊次數(shù)峰值出現(xiàn)在2010年，當年降水量較其他年份充沛。地閃回擊次數(shù)與降水量密切相關(guān)。

2）不同縣市季節(jié)性的總地閃回擊次數(shù)相差較大，其中夏季總地閃回擊次數(shù)最多，春季總地閃回擊次數(shù)的占比多于秋季，冬季最少；月總地閃回擊次數(shù)峰值出現(xiàn)在8月。春夏季3—9月屬雷電集中高發(fā)期，也是雷電防護的關(guān)鍵季節(jié)；日總地閃回擊次數(shù)最大值一般出現(xiàn)在13—18時，最小值出現(xiàn)在08—12時。

3）咸寧北部區(qū)域與南部區(qū)域的地閃回擊密度、地閃回擊強度有明顯差異。南三縣的年平均地閃回擊密度均小于北部三個縣市，且小于咸寧地區(qū)年平均值，但總地閃回擊強度卻高于北部區(qū)域。地閃回擊密度或與閃電理論探測效率、地質(zhì)結(jié)構(gòu)、局地小氣候有關(guān)。

（作者單位：中國氣象局氣象發(fā)展與規(guī)劃院）