下墊面對貴州閃電活動規(guī)律影響的分析

李 迪，吳安坤，陸 揚(yáng)

(1.貴州省氣象災(zāi)害防御技術(shù)中心，貴陽 550002；2.貴州省大氣探測技術(shù)與保障中心，貴陽 550002)

0 引言

閃電是發(fā)生于大氣中的一種具有瞬時高電壓、大電流、強(qiáng)電磁輻射特點(diǎn)的災(zāi)害性天氣現(xiàn)象。閃電對國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)有較大的危害，可造成人畜雷擊死亡、毀壞建筑物、誘發(fā)森林火災(zāi)、毀壞電力設(shè)備，給人民生命財產(chǎn)造成嚴(yán)重威脅和損失。

近年來，隨著閃電探測技術(shù)的不斷發(fā)展，發(fā)現(xiàn)閃電活動存在明顯的差異。大量研究發(fā)現(xiàn)，不同的下墊面是造成閃電活動區(qū)域性差異的重要原因。周筠珺等根據(jù)衛(wèi)星的總閃和地面的地閃定位數(shù)據(jù)資料，通過統(tǒng)計得到，總閃多年平均分布是西北較少，而東南較多；李家啟等利用ADTD地閃定位數(shù)據(jù)，對地閃電流幅值進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計擬合，分析了重慶市地閃空間分布特征，發(fā)現(xiàn)在垂直方向上，海拔為300～500 m的地區(qū)地閃頻次最高，海拔500 m以上地區(qū)地閃頻次呈現(xiàn)隨高度上升而遞減的趨勢；劉暢等利用2005—2008年四川地閃網(wǎng)測得的地閃數(shù)據(jù)對四川地區(qū)地閃特征進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，四川地區(qū)地閃密度分布與地貌特征有著密切聯(lián)系，年平均地閃密度由川西高原、四川盆地、南部丘陵依次減少；浦仕保等對山東省閃電數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)[1]，山東省的閃電密度與平均海拔高度呈正相關(guān)性；成鵬偉等依據(jù)北京市和成都市ADTD閃電定位資料進(jìn)行統(tǒng)計分析[2]，北京地閃高發(fā)區(qū)以山地丘陵下墊面為主，成都地閃密度呈東南向西北方向逐漸減小；Boccippio、Prentice等根據(jù)全球閃電密度分析得出云地閃比值，發(fā)現(xiàn)該值與海拔高度分布有關(guān)。

文章利用貴州省閃電定位系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析貴州閃電活動規(guī)律，結(jié)合貴州地理環(huán)境數(shù)據(jù)分析貴州閃電活動在不同植被及地表類型下的分布特征，旨在為貴州省不同地區(qū)防雷減災(zāi)工作提供一個可以因地制宜的參考依據(jù)。

1 資料來源及分析方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

地閃數(shù)據(jù)：該數(shù)據(jù)來源于貴州省ADTD閃電定位系統(tǒng)。貴州省ADTD閃電定位系統(tǒng)于2006年開始建設(shè)，目前全省運(yùn)行的閃電定位儀共有12套，基本實現(xiàn)對全省云地閃全天候?qū)崟r監(jiān)測。中心主站設(shè)備將ADTD閃電定位儀接收到的雷電數(shù)據(jù)實時進(jìn)行交匯處理，給出每個閃電回?fù)舻臏?zhǔn)確位置、強(qiáng)度、陡度等參數(shù)。探測范圍為200 km。文章所用地閃資料為剔除0～2 kA后的地閃數(shù)據(jù)。

地表覆蓋數(shù)據(jù)：貴州省地表覆蓋數(shù)據(jù)來源于清華大學(xué)的土地利用覆蓋數(shù)據(jù)庫。其空間分辨率為10 m，數(shù)據(jù)精度達(dá)75%。根據(jù)國際地圈生物圈(IGBP)分類方案，結(jié)合貴州土地覆蓋特點(diǎn)，對一些相似類型進(jìn)行合并，合并后文章將研究區(qū)域地表覆蓋類型分為草原及灌木、耕地、建設(shè)用地、森林和濕地水域5種類型[3，4]。

1.2 研究方法

根據(jù)貴州省2017—2019年地閃數(shù)據(jù)，利用ArcGIS軟件將研究區(qū)域矢量化，逐條提取地閃對應(yīng)的土地覆蓋類型，統(tǒng)計不同地表覆蓋類型面上的地閃密度、強(qiáng)度及陡度的關(guān)系特點(diǎn)。

2 統(tǒng)計分析

2.1 地閃密度與地表覆蓋類型的關(guān)系

草原及灌木、耕地、建設(shè)用地、森林、濕地水域5種地表覆蓋類型分別占貴州省總面積的10.47%、24.930%、2.82%、59.97%、0.58%。根據(jù)逐條地閃提取的地表覆蓋類型數(shù)據(jù)，統(tǒng)計各種不同地表覆蓋類型的年均地閃次數(shù)，從而得到年均地閃密度值(表1)。

表1 不同地表覆蓋類型的面積、年均地閃次數(shù)、年均地閃密度

從表1可以看出，不同地表覆蓋類型的年均地閃密度的差異較為明顯。建設(shè)用地的年均地閃密度值最高，達(dá)到9.42，主要是因為建設(shè)用地的人口密度大、樓房眾多易出現(xiàn)城市熱島效應(yīng)，有利于對流云團(tuán)的抬升和閃電的發(fā)生；城市氣溶膠濃度高也利于積雨云產(chǎn)生。其次，草原及灌木區(qū)域人類活動也較頻繁，地表溫度較高，所以閃電活動也很頻繁。森林區(qū)域大多分布在高海拔地區(qū)，由于高海拔地區(qū)雷暴云的離地高度較低海拔地區(qū)近，閃電發(fā)生的臨界擊穿場強(qiáng)較小，有利于閃電發(fā)生過程中梯級先導(dǎo)優(yōu)先發(fā)展，縮短閃擊距離，增大閃擊發(fā)生可能性。濕地水域的地閃密度相對最低，這與靠海省份的研究結(jié)果不同。貴州省濕地水域的地閃密度值低于陸地，這與雷暴云的電荷分布結(jié)構(gòu)有關(guān)。

2.2 地閃強(qiáng)度、陡度與地表覆蓋類型的關(guān)系

根據(jù)對貴州省閃電活動的特征分析，將0～20 kA強(qiáng)度等級的閃電定義為輕度閃電，20～50 kA強(qiáng)度等級的閃電定義為中度閃電，大于50 kA的閃電定義為強(qiáng)閃電。統(tǒng)計各種不同地表覆蓋類型2017—2019年的總地閃次數(shù)，單位面積地閃次數(shù)、地閃強(qiáng)度、陡度的平均值(表2)。

表2 不同地表覆蓋類的輕度閃電、中度閃電、強(qiáng)閃電次數(shù)及地閃強(qiáng)度、陡度平均值

為消除地表覆蓋類型面積大小對研究值的影響，采用地閃密度值表征地閃各種強(qiáng)度大小在不同地表覆蓋面的分布情況(圖1)。

圖1 不同地表覆蓋類型閃電強(qiáng)度分布

從圖1可以看出，不同強(qiáng)度的閃電在各地表覆蓋類型上分布差異較大。各種地表覆蓋類型閃電主要以輕、中度閃電為主。森林區(qū)域的強(qiáng)閃電密度值大，陡度也較高，森林大多分布在高海拔區(qū)域，這與之前研究的高海拔地區(qū)閃電頻次高吻合。閃電強(qiáng)度大、陡度高，破壞力更強(qiáng)，所以森林區(qū)域容易發(fā)生雷擊事故。建設(shè)用地因為受人類活動影響大，城市熱島效應(yīng)高，所以輕中度閃電分布最多，強(qiáng)閃電密度值反而是5種不同地表類型中最低的。

3 結(jié)束語

文章通過對貴州省2017—2019年地閃數(shù)據(jù)和地表覆蓋數(shù)據(jù)研究分析，得到如下結(jié)論：

1)貴州省不同地表覆蓋類型的年均地閃密度的差異較為明顯。建設(shè)用地的年均地閃密度值最高，其次為草原及灌木區(qū)域。貴州省濕地水域的地閃密度值低于陸地。

2)不同強(qiáng)度的閃電在同一種地表覆蓋類型上分布差異較大，在貴州，強(qiáng)閃電更容易產(chǎn)生在草原及灌木區(qū)域。建設(shè)用地區(qū)域的輕中度閃電分布最高，但強(qiáng)閃電分布最低。

3)不同地表覆蓋類型的平均強(qiáng)度及陡度的差異大。各種地表覆蓋類型閃電主要以輕、中度閃電為主。森林區(qū)域的強(qiáng)閃電密度值大，陡度也較高，更易發(fā)生雷擊事故。