2007—2019年湖北省地閃分布特征及雷電強(qiáng)度等級(jí)劃分

余田野 王學(xué)良 張科杰 趙濤 王小飛

(湖北省防雷中心，湖北 武漢 430074)

引言

雷電是發(fā)生于自然大氣中的一種瞬態(tài)大電流、高電壓放電并伴隨有雷聲的現(xiàn)象。云對地的放電，被稱為云地閃，其產(chǎn)生的有大電流、高電壓、強(qiáng)電磁輻射等物理效應(yīng)，常常對人類生產(chǎn)生活造成影響[1-2]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2000—2008年湖北省發(fā)生雷擊事故千余起，造成直接經(jīng)濟(jì)損失數(shù)億元，因雷擊造成傷亡達(dá)378人[3]。隨著社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，閃電所造成的危害也日趨嚴(yán)重，尤其是針對各類微電子設(shè)備已造成嚴(yán)重威脅。因此，針對雷電活動(dòng)及其變化規(guī)律的研究，一直受到國內(nèi)外學(xué)者重視，對其研究也在不斷深入。

早期的雷電資料以人工觀測為主，20世紀(jì)80年代末，中國成功研制出雷電定位系統(tǒng)(Lightning Location System，LLS)，可實(shí)時(shí)監(jiān)測云地閃電發(fā)生的位置、時(shí)間、強(qiáng)度和極性等參數(shù)，為研究雷電活動(dòng)特征提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，該系統(tǒng)目前已廣泛應(yīng)用于雷電業(yè)務(wù)與研究中[4]。國內(nèi)學(xué)者針對江蘇[5]、山東[6]、安徽[7]、江西[8]、河南[9]、重慶[10]等地區(qū)的閃電特征進(jìn)行了分析研究，部分地區(qū)對雷電災(zāi)害進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。楊敏和楊曉亮[11]利用京津冀地區(qū)2007—2015年閃電監(jiān)測數(shù)據(jù)和雷暴觀測資料，分析了地閃強(qiáng)度、頻次、密度等雷電參數(shù)分布特征。江崟等[12]利用深圳的地閃資料以及雷暴日觀測資料，對云地閃電的時(shí)空分布特征以及雷暴日的變化趨勢進(jìn)行了分析。王學(xué)良等[13]采用2006—2009年的觀測資料對湖北地區(qū)地閃時(shí)空分布特征進(jìn)行了研究分析，但時(shí)間尺度相對較短。閃電活動(dòng)地域性差異顯著，上述文獻(xiàn)針對不同時(shí)空尺度雷電參數(shù)的研究有待進(jìn)一步深入，且未將地閃密度、雷電流強(qiáng)度等雷電參數(shù)進(jìn)行融合分析，在雷擊事故調(diào)查、雷擊風(fēng)險(xiǎn)評估等實(shí)際應(yīng)用中，常常需要對區(qū)域雷電強(qiáng)弱進(jìn)行描述。為此，本文選取湖北省ADTD(Advanced Direction Finding on Time Difference)第2代地閃定位系統(tǒng)近13 a的監(jiān)測資料[14]，統(tǒng)計(jì)分析地閃頻次、地閃密度、雷電流強(qiáng)度等雷電參數(shù)分布特征，同時(shí)，在綜合考慮區(qū)域地閃密度和雷電流強(qiáng)度的基礎(chǔ)上引入了雷電強(qiáng)度概念，建立區(qū)域雷電強(qiáng)度等級(jí)劃分模型，并將湖北省雷電強(qiáng)度劃分為3個(gè)等級(jí)，以期為防雷工程設(shè)計(jì)、雷擊事故調(diào)查和雷擊風(fēng)險(xiǎn)評估等業(yè)務(wù)提供客觀依據(jù)，以及為相關(guān)決策服務(wù)與科研工作提供參考。

1 資料與方法

1.1 資料來源

湖北省ADTD雷電定位系統(tǒng)于2006年建成，有13個(gè)探測子站。該系統(tǒng)是由中國科學(xué)院空間科學(xué)與應(yīng)用研究中心研制，主要用于探測云地閃電，單站探測范圍約為150 km，時(shí)間精度優(yōu)于10-7s，組網(wǎng)后網(wǎng)內(nèi)理論定位精度優(yōu)于300 m，理論探測效率在80%以上(圖1)，雷電流幅值采用多站信號(hào)強(qiáng)度歸一化(100 km)處理方法，網(wǎng)內(nèi)相對誤差優(yōu)于15%[15]。根據(jù)湖北省ADTD雷電定位系統(tǒng)2007年1月1日至2019年12月31日的監(jiān)測資料，為提高云地閃電的資料質(zhì)量和定位精度，剔除了雷電流強(qiáng)度絕對值小于2 kA和大于300 kA的數(shù)據(jù)。分別統(tǒng)計(jì)年、月、日以及逐日各小時(shí)的正、負(fù)、總閃電頻次和雷電流幅值。分別統(tǒng)計(jì)00—01時(shí)(00時(shí)≤時(shí)刻<01時(shí),下同)，01—02時(shí)，…，23—00時(shí)段的閃電資料標(biāo)記為00時(shí)，01時(shí)，…，23時(shí)的資料。每日00—23時(shí)(00時(shí)≤時(shí)刻≤23時(shí)，下同)、08—20時(shí)(08時(shí)≤時(shí)刻<20時(shí)，下同)、20時(shí)至次日08時(shí)分別代表全天、白天和夜晚。采用3—5月(3月≤月份≤5月，下同)、6—8月和 9—11月分別代表春、夏、秋季。

紅色虛線為湖北省邊界線

利用ArcGIS軟件空間分析模塊中的漁網(wǎng)工具進(jìn)行湖北省區(qū)域網(wǎng)格劃分，設(shè)定區(qū)域網(wǎng)格范圍為3 km×3 km，并將劃分后的各網(wǎng)格作為統(tǒng)計(jì)雷電參數(shù)的基本單元(簡稱“統(tǒng)計(jì)網(wǎng)格”)，開展雷電參數(shù)空間特征分析[14,16]。此外，本文還使用了湖北省1∶250000區(qū)、縣(市)行政區(qū)劃邊界矢量數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)來源于中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心(http://www.resdc.cn)。

1.2 雷電強(qiáng)度等級(jí)劃分

1.2.1 評估指標(biāo)的選取

地閃密度和雷電流強(qiáng)度等參數(shù)常用于反映區(qū)域雷電的強(qiáng)弱特性，是區(qū)域雷擊風(fēng)險(xiǎn)評估、防雷工程設(shè)計(jì)等重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)[14]?？紤]到雷電流波頭陡度是由雷電流強(qiáng)度反演計(jì)算得到，誤差相對較大，本文選取地閃密度和雷電流強(qiáng)度2個(gè)評估指標(biāo)表征區(qū)域雷電強(qiáng)度。評估指標(biāo)定義如下：

(1)地閃密度Ng。地閃密度是指每平方千米每年發(fā)生云地閃電的頻數(shù)，也稱為雷擊大地密度，其值的大小反映區(qū)域雷電的活躍程度，單位為次·km-2·a-1。

(2)雷電流強(qiáng)度I。其大小反映了累積電荷數(shù)或雷電能量釋放的強(qiáng)弱程度，由其產(chǎn)生的熱效應(yīng)、機(jī)械力效應(yīng)、沖擊波效應(yīng)以及靜電感應(yīng)是造成生命財(cái)產(chǎn)損害的主要形式，單位為kA。

1.2.2 建立雷電強(qiáng)度指標(biāo)模型

通常各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)值越大，其反映的區(qū)域致災(zāi)性也越強(qiáng)。本文通過2個(gè)評估指標(biāo)相乘的方法獲得區(qū)域雷電強(qiáng)度指標(biāo)，其計(jì)算公式為：

L=Ng×I

(1)

式(1)中，Ng為區(qū)域地閃密度值，單位為次·km-2·a-1；I為區(qū)域平均雷電流強(qiáng)度值，單位為kA/次；L為區(qū)域雷電強(qiáng)度指數(shù)，單位為kA·km-2·a-1，其物理意義為某一區(qū)域單位面積每年發(fā)生云地閃電雷電流強(qiáng)度的總和。

2 結(jié)果分析

2.1 時(shí)間分布特征

2.1.1 年變化

2007—2019年湖北省監(jiān)測到地閃5118406次，其中正地閃占閃電總頻次的5.3%，負(fù)地閃占94.7%。湖北省正地閃百分比高于江西省的3.0%[8]以及河南省3.5%[9]的比例，但低于京津冀地區(qū)7.8%的比例[11]。表1為2007—2019年湖北省閃電頻次、雷電流強(qiáng)度年際變化。由表1可知，湖北省2007—2019年總閃電頻次為142111—769148次，年平均總閃電頻次為393724次，近13 a總閃電頻次波動(dòng)減少趨勢明顯。2008年總閃電頻次最多，為769148次，2019年總閃電頻次最少，僅為142111次，前者是后者的5.4倍。近13 a正地閃比例呈波動(dòng)增加趨勢，2007年正地閃比例最小為3.4%，2016年正地閃比例最多達(dá)12.3%。湖北省絕大多數(shù)年份白天總閃電頻次大于夜晚，晝夜總閃電頻次比值為0.9—2.0，年平均白天總閃電頻次是夜晚的1.4倍。

表1還表明，湖北省總閃電各年平均強(qiáng)度范圍在33.4—40.5 kA，近13 a平均為37.0 kA，正地閃強(qiáng)度范圍為45.0—56.9 kA，平均為50.2 kA，負(fù)地閃強(qiáng)度范圍為32.8—39.1 kA，平均為36.0 kA。各年平均正地閃強(qiáng)度均大于負(fù)地閃強(qiáng)度，平均偏大14.2 kA，各年白天平均閃電強(qiáng)度均小于夜晚，平均偏小2.6 kA。由此可知，湖北地區(qū)正地閃平均強(qiáng)度大于負(fù)地閃，夜晚平均閃電強(qiáng)度大于白天。

表1 2007—2019年湖北省地閃年際變化

2.1.2 月變化

由圖2可知，2007—2019年湖北省負(fù)地閃頻次的月變化特征與總閃電一致，主要呈單峰型特征，峰值均出現(xiàn)在7月，其主要原因是由于湖北地區(qū)云地放電以負(fù)地閃為主，負(fù)地閃頻次占總閃電的94.7%。正地閃頻次月變化特征大致呈雙峰型特征，主峰在7月，次峰在4月。湖北地區(qū)1—7月總閃電和負(fù)地閃頻次呈逐月增加趨勢，7月增加明顯，正地閃頻次整體呈增加趨勢，但在4月有小峰值出現(xiàn)；8—12月，閃電頻次明顯減少，其中9月急劇減少。每年3—9月平均發(fā)生閃電4983016次，占閃電總數(shù)的97.4%，為雷電集中發(fā)生期；其他月份閃電頻次占全年的2.6%，為雷電少發(fā)期；7—8月為雷電高發(fā)期，閃電頻次占全年的67.0%，其主要原因是7—8月空氣中的水汽含量較為充沛，對流發(fā)展旺盛，有利于雷電的形成[17]。湖北省月平均正地閃百分比為13.9%，1月和12月正地閃百分比較高，分別為34.7%、46.0%，其余月份正地閃百分比相對較低，平均為3.4%—16.7%，其中8月湖北省正地閃百分比最小，為3.4%。

圖2 2007—2019年湖北省閃電頻次月變化

由圖3可知，2007—2019年湖北省總閃電和負(fù)地閃各月雷電流強(qiáng)度變化規(guī)律較為一致，1月和12月雷電流強(qiáng)度相對較高，其余月份雷電流強(qiáng)度分布呈波動(dòng)變化。正地閃強(qiáng)度月變化大致呈“V”型，各月平均強(qiáng)度均大于總閃電和負(fù)地閃，各月平均差為4.6—30.4 kA，其中2月差異最大，分別為26.9 kA和30.4 kA。正地閃強(qiáng)度各月波動(dòng)幅度較大，最大值與最小值相差23.4 kA，分別為總閃電和負(fù)地閃強(qiáng)度變化幅值的1.6倍和2.8倍左右。1—8月，正地閃強(qiáng)度整體呈明顯減少趨勢，1月平均正地閃強(qiáng)度為66.5 kA，8月僅為43.1 kA，前者為后者的1.5倍；8—11月，正地閃強(qiáng)度逐月增加至56.6 kA，12月減少至50.1 kA。

圖3 2007—2019年湖北省雷電流強(qiáng)度月變化

2.1.3 日變化

由圖4可知，2007—2019年湖北省閃電頻次日變化呈明顯的單峰單谷型，總閃電與負(fù)地閃頻次變化曲線基本相同，最大值出現(xiàn)在16時(shí)，分別為455462次和440205次，16時(shí)以后開始逐漸減少，至次日10時(shí)達(dá)到最小值，分別為72828次以及65492次，10—16時(shí)閃電頻次逐小時(shí)快速增加，總閃電和負(fù)地閃頻次最大值是最小值的6倍以上。正地閃頻次最大值發(fā)生在17時(shí)，為16267次，最小值發(fā)生在11時(shí)，為6967次，一天中正地閃比例為3.1%—10.1%，其中高值區(qū)出現(xiàn)在07—11時(shí)，平均為9.0%，該時(shí)段閃電活動(dòng)最弱。

圖4 2007—2019年湖北省閃電頻次日變化

統(tǒng)計(jì)資料表明，一天中湖北省閃電主要發(fā)生在13時(shí)至次日01時(shí)，期間閃電頻次占全天總閃電頻次的75.5%，其中主要發(fā)生在14—20時(shí)，占全天總閃電頻次的51%，而上午10—11時(shí)雷電活動(dòng)最弱，其主要原因是午后太陽輻射較為強(qiáng)烈，地面溫度不斷升高，近地層溫度隨高度變化的幅度較大，導(dǎo)致大氣層結(jié)的不穩(wěn)定度也較大，垂直方向?qū)α鳟a(chǎn)生的熱力條件較好，較易形成閃電[17]。由此可知，湖北省正地閃頻次的最大和最小值比總閃電和負(fù)地閃各推遲1 h，14—20時(shí)是一天中閃電頻次的高發(fā)時(shí)段，也是雷電災(zāi)害防御的重點(diǎn)時(shí)段。

由圖5可知，湖北省總閃電與負(fù)地閃強(qiáng)度逐小時(shí)變化曲線基本一致，大致呈單峰單谷型，13—14時(shí)左右閃電強(qiáng)度最小，分別為34.1 kA以及33.6 kA，14時(shí)以后閃電強(qiáng)度呈波動(dòng)式增加，至次日05時(shí)達(dá)到最大值，分別為39.4 kA、38.2 kA，05—14時(shí)呈波動(dòng)式減少趨勢。正地閃逐小時(shí)閃電強(qiáng)度均明顯大于總閃電和負(fù)地閃，正地閃強(qiáng)度在15時(shí)以后呈波動(dòng)式增加，至次日09時(shí)達(dá)到最大值為55.1 kA，09時(shí)以后呈波動(dòng)式減少，至15時(shí)達(dá)到最小值44.8 kA，其中12—15時(shí)，正地閃強(qiáng)度下降最為明顯。

圖5 2007—2019年湖北省雷電流強(qiáng)度日變化

2.1.4 季節(jié)性變化

為進(jìn)一步研究湖北省地閃活動(dòng)的季節(jié)特征，以日為單位統(tǒng)計(jì)閃電活動(dòng)事件的特征，包括日總閃電頻次、日正地閃占總閃電的比例、日總閃電平均強(qiáng)度峰值時(shí)段、日總閃電平均強(qiáng)度等。本文在統(tǒng)計(jì)2007—2019年湖北省春、夏、秋季日地閃資料的基礎(chǔ)上，繪制小提琴圖(圖6)，以便直觀顯示地閃分布特征及其概率密度情況。由圖6a可知，春季日閃電頻次上、下四分位數(shù)以及中位數(shù)對應(yīng)的值分別為227、3和14次，說明春季日總閃電頻次在3次以內(nèi)的占比為25%，227次以內(nèi)的占比達(dá)75%,14次以內(nèi)的占比為50%。夏、秋季上、下四分位數(shù)對應(yīng)的值分別為3693、39以及30、2次。由此說明，相對春秋兩季，夏季日總閃電頻次較多，但也最為分散。

圖6 2007—2019年湖北省閃電頻次(a)、正地閃百分比(b)、閃電強(qiáng)度峰值時(shí)段(c)及閃電強(qiáng)度(d)季節(jié)性變化

圖6b表明，春、夏、秋季日正地閃百分比差異較大，春季日正地閃百分比越高，對應(yīng)閃電日密度呈減少趨勢。相比于春秋兩季，夏季日正地閃比例均值較小，且分布相對集中，75%的日正地閃比例在22%以內(nèi)，其原因可能與雷暴電荷分布有關(guān)，由于正電荷主要分布在雷暴云的上部[18]，夏季氣溫較高，對流云頂高度也較高，因此，正電荷擊穿空氣對地放電的難度較大，正地閃比例相對較小。不同于春夏兩季，秋季日正地閃百分比80%以上及10%以內(nèi)的密度較大。春秋兩季日正地閃百分比較高可能與冰雹等災(zāi)害性天氣有關(guān)[19]，具體原因有待進(jìn)一步研究。

春季日閃電強(qiáng)度峰值時(shí)段分布較為均勻，說明密度分布較為分散(圖6c)。66%的夏季日閃電強(qiáng)度峰值發(fā)生在中午至傍晚(12—23時(shí))，其中午后14—20時(shí)是閃電強(qiáng)度峰值集中發(fā)生時(shí)段，占44.5%。秋季日閃電強(qiáng)度峰值時(shí)段較夏季滯后，夜晚閃電強(qiáng)度峰值比重增加，其中日閃電強(qiáng)度峰值發(fā)生在18時(shí)至次日05時(shí)的占比達(dá)74.0%。圖6d為湖北省不同季節(jié)日閃電平均強(qiáng)度分布特征，由圖6d可知，夏季日閃電平均強(qiáng)度分布較為集中，春季分布最為離散。春、夏、秋季日閃電平均強(qiáng)度主要為30—45 kA，密度占比分別達(dá)56.7%、71.3%和48.3%。

2.2 空間分布特征

2.2.1 地閃密度空間分布

統(tǒng)計(jì)2007—2019年湖北省各統(tǒng)計(jì)網(wǎng)格內(nèi)地閃密度表明，湖北省平均地閃密度為2.1次·km-2·a-1。由圖7可知，湖北省地閃密度分布呈明顯的地域型分布，低值區(qū)主要出現(xiàn)在湖北西南、湖北西北地區(qū)以及湖北東部的邊緣地區(qū)，年平均地閃密度小于1.9次·km-2·a-1；湖北東部和江漢平原西部等區(qū)域存在兩個(gè)地閃密度高值區(qū)，年平均地閃密度大于2.9次·km-2·a-1，其一集中分布在在黃岡、鄂州、武漢、黃石以及咸寧一帶區(qū)域，其二相對分散，主要在宜昌中東部、荊門的西北部以及襄陽南部等區(qū)域。

圖7 2007—2019年湖北省地閃密度空間分布

2.2.2 雷電流強(qiáng)度空間分布

統(tǒng)計(jì)資料表明，湖北省各統(tǒng)計(jì)網(wǎng)格平均雷電流強(qiáng)度為37.2 kA，各統(tǒng)計(jì)網(wǎng)格平均雷電流強(qiáng)度主要分布在20—50 kA，占統(tǒng)計(jì)網(wǎng)格總數(shù)的95%。圖8為2007—2019年湖北省各統(tǒng)計(jì)網(wǎng)格雷電流強(qiáng)度空間分布。由圖8可知，湖北省雷電流強(qiáng)度區(qū)域分布相對離散，總體上湖北西部山區(qū)雷電流強(qiáng)度相對較低，其中房縣、保康、神農(nóng)架、巴東以及宜昌大部分地區(qū)雷電流平均強(qiáng)度小于33 kA，湖北中部及湖北東部大部分地區(qū)雷電流強(qiáng)度相對較高。湖北省部分邊緣地區(qū)雷電流強(qiáng)度較高，原因與邊緣區(qū)域的閃電探測效率較低有關(guān)，由于雷電流幅值越大、探測子站數(shù)量越多，被探測到的概率也越高[20]，因此，邊緣區(qū)域小雷電流幅值的云地閃電被探測到的概率較小，導(dǎo)致邊緣區(qū)域平均雷電流強(qiáng)度相對較高。

圖8 2007—2019年湖北省雷電流強(qiáng)度空間分布

為進(jìn)一步了解地形對雷電流強(qiáng)度的影響，選取閃電理論探測效率均為95%以上的神農(nóng)架、宜昌北部、襄陽南部以及荊門一帶地區(qū)進(jìn)行對比。由圖8可知，神農(nóng)架、宜昌北部、?？档壬降厍鹆甑貐^(qū)的雷電流強(qiáng)度明顯小于襄陽、荊門中西部一帶平原地區(qū)，荊門東部京山縣附近受大洪山的影響，雷電流強(qiáng)度相對較低。由此可見，除閃電探測效率較低的邊緣區(qū)域以外，湖北省雷電流強(qiáng)度的高值區(qū)主要分布在平原地區(qū)，山地丘陵地區(qū)雷電流強(qiáng)度相對較小，與文獻(xiàn)[21]的研究結(jié)論較為一致。

2.2.3 雷電強(qiáng)度等級(jí)的劃分

根據(jù)1.2.2小節(jié)式(1)計(jì)算求得湖北省各統(tǒng)計(jì)網(wǎng)格對應(yīng)的雷電強(qiáng)度值L，利用自然斷點(diǎn)法將湖北省各統(tǒng)計(jì)網(wǎng)格雷電強(qiáng)度劃分為高、中、低3個(gè)等級(jí)，表2為湖北省雷電強(qiáng)度等級(jí)的劃分區(qū)間。根據(jù)各統(tǒng)計(jì)網(wǎng)格雷電強(qiáng)度值以及等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)，繪制湖北省雷電強(qiáng)度等級(jí)空間分布(圖9)，對雷電強(qiáng)度不同等級(jí)的區(qū)域特征歸納如下：

圖9 2007—2019年湖北省雷電強(qiáng)度等級(jí)空間分布

表2 湖北省雷電強(qiáng)度等級(jí)區(qū)間

(1)雷電強(qiáng)度高值區(qū)。該區(qū)域主要集中分布在湖北東部的黃石、武漢、鄂州、咸寧、黃岡等地，其雷電強(qiáng)度高值區(qū)域面積分別為73.5%、58.6%、95.5%、54.7%、33.6%。另外，宜昌中部以及宜昌、荊門、襄陽、隨州交界區(qū)域也存在雷電強(qiáng)度帶狀高值區(qū)。從地形上看，高值區(qū)域主要分布在湖北東部的大別山、幕阜山與江漢平原交匯地帶以及湖北西部山區(qū)向江漢平原的過渡地帶，其原因可能與湖北特殊地形有關(guān)。有研究表明，地形對強(qiáng)對流天氣作用明顯，大別山與幕阜山之間常形成中尺度輻合線，湖北西部山地與江漢平原之間的斜坡式過渡帶常形成中尺度渦旋，特定的地形促進(jìn)了該區(qū)域中尺度對流云團(tuán)的形成和發(fā)展，容易形成強(qiáng)對流天氣[22]。

(2)雷電強(qiáng)度中值區(qū)。該區(qū)域以湖北中部平原地區(qū)為主，荊門、孝感、天門、仙桃、潛江等地雷電強(qiáng)度中值區(qū)域面積占比較高，均為70.0%以上，其中仙桃最高為92.5%。宜昌地區(qū)雷電強(qiáng)度中值區(qū)域面積占比為47.6%，主要集中在宜昌東部平原地區(qū)，恩施北部與宜昌交界一帶區(qū)域雷電強(qiáng)度中值區(qū)占比較高，原因可能是受長江水體等下墊面影響，且該區(qū)域位于湖北西南、湖北西北的交界地帶，地形起伏較大，土壤電阻率梯度變化也相對明顯，容易誘發(fā)閃電。

(3)雷電強(qiáng)度低值區(qū)。該區(qū)域以山地丘陵地形為主，主要分布在湖北西南、湖北西北以及湖北個(gè)別邊緣區(qū)域，其中十堰、神農(nóng)架、恩施等地雷電強(qiáng)度低值區(qū)域面積分別為88.1%、99.2%和77.7%。受地形地貌影響，該區(qū)域土壤電阻率較高，區(qū)域地閃密度相對較低，且除閃電探測效率較低的邊緣區(qū)域以外，區(qū)域大部分地區(qū)雷電流強(qiáng)度較小，可能原因是山地丘陵地區(qū)海拔較高，雷暴云底離地高度較低，在云中大量電荷形成之前就已達(dá)空氣臨界擊穿強(qiáng)度，導(dǎo)致發(fā)生大電流幅值的可能性相對較小[23-24]。

3 結(jié)論

(1)湖北省年平均正地閃頻次占總閃電頻次的5.3%，負(fù)閃占94.7%，且閃電多發(fā)生在白天，晝夜閃電頻次比值為1.4。年平均正、負(fù)、總閃電強(qiáng)度分別為50.2 kA、36.0 kA和37.0 kA，年平均正地閃強(qiáng)度比負(fù)地閃偏大14.2 kA，夜間閃電強(qiáng)度大于白天。

(2)雷電活動(dòng)主要集中在全年的3—9月、全天的14—20時(shí)。隨著雷電活動(dòng)的減弱，正地閃比例增加，極大值集中在12月至翌年1月以及07—11時(shí)。正地閃強(qiáng)度月變化大致呈“V”型，總閃電和負(fù)地閃強(qiáng)度逐月波動(dòng)變化。雷電流強(qiáng)度日變化主要呈單峰單谷型，正地閃強(qiáng)度09時(shí)最大，15時(shí)最小，總閃電和負(fù)地閃13—14時(shí)雷電流強(qiáng)度最小，05時(shí)最大。

(3)春、夏、秋季日閃電平均強(qiáng)度主要分布在30—45 kA，夏季分布較為集中，春季相對離散。夏季雷電活動(dòng)頻發(fā)，日正地閃比例較小，日閃電強(qiáng)度分布較為集中，日地閃強(qiáng)度峰值時(shí)段主要發(fā)生在午后。秋季雷電活動(dòng)較少，日正地閃比例較大，日閃電強(qiáng)度峰值時(shí)段較夏季滯后。

(4)地閃密度和雷電流強(qiáng)度存在地域性差異，整體呈現(xiàn)東高西低分布特征。地閃密度存在兩個(gè)高值區(qū)，一個(gè)集中分布于黃岡、鄂州、武漢、黃石以及咸寧一帶區(qū)域，另一個(gè)相對分散，主要在宜昌中東部、荊門西北部和襄陽南部等區(qū)域；低值區(qū)主要位于湖北西南、湖北西北地區(qū)。湖北西部山區(qū)雷電流強(qiáng)度相對較低，湖北中部及湖北東部大部分地區(qū)雷電流強(qiáng)度相對較高。

(5)區(qū)域雷電強(qiáng)度旨在表征區(qū)域單位面積每年發(fā)生云地閃電的雷電流強(qiáng)度總和，其結(jié)果受指標(biāo)因子選取、資料收集處理等影響，且閃電對地放電具有隨機(jī)性和復(fù)雜性，公式計(jì)算結(jié)果仍具有一定的局限性。為此，下一步將融合全國聯(lián)網(wǎng)的閃電數(shù)據(jù)，引入正、負(fù)閃電參數(shù)等，不斷優(yōu)化指標(biāo)模型。