重慶地區(qū)復(fù)雜地形影響下地閃活動(dòng)特征分析

張新科，何躍，程譯萱，譚霞，李強(qiáng)

（1. 榮昌區(qū)氣象局，重慶 402460；2. 重慶市氣象臺(tái)，重慶 401147；3. 萬盛區(qū)氣象局，重慶 400800）

1 引 言

閃電是云與云、云與地或者云體內(nèi)各部位之間的強(qiáng)烈放電現(xiàn)象，具有極大的破壞性。相對(duì)于云閃而言，地閃能夠直接損壞建筑物、電子設(shè)備，造成人員傷亡[1]，因此針對(duì)地閃的研究受到科學(xué)界的廣泛關(guān)注。

張義軍等[2]研究發(fā)現(xiàn)，全球閃電活動(dòng)具有明顯的區(qū)域差異，閃電密度高值區(qū)主要分布在海岸地區(qū)、山地地區(qū)、中尺度氣旋多發(fā)地區(qū)以及熱帶輻合帶的輻合區(qū)內(nèi)。Yang 等[3]、王娟等[4]研究發(fā)現(xiàn)中國(guó)閃電活動(dòng)具有顯著地域差異性，華南地區(qū)、中東部地區(qū)和四川盆地為閃電活動(dòng)密集區(qū)。由于閃電形成的天氣氣候機(jī)制較為復(fù)雜，地理位置、地形地貌等因素對(duì)閃電的產(chǎn)生有重要影響[5-6]。因此，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)閃電與地理特征、地形關(guān)系等方面做了大量的研究工作，Smith 等[7]研究墨西哥灣5—9 月地閃活動(dòng)，發(fā)現(xiàn)閃電活動(dòng)受地理特征和中尺度環(huán)流影響。Vassiliki 等[8]對(duì)地中海地區(qū)閃電與海拔、地形坡度和植被之間的關(guān)系研究發(fā)現(xiàn)，除冬季外，全年閃電活動(dòng)與海拔高度呈正相關(guān)。劉海兵等[9]、劉雪濤等[10]和王學(xué)良等[11]分別對(duì)江西省、云南省及湖北省等不同區(qū)域的地閃活動(dòng)與海拔高度關(guān)系進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)地閃活動(dòng)與地形及海拔高度密切相關(guān)，但不同區(qū)域具有差異性。重慶位于四川盆地東部，受特殊地形和東亞季風(fēng)影響，雷電強(qiáng)對(duì)流天氣頻發(fā)，每年因雷電活動(dòng)造成的財(cái)產(chǎn)損失或人身傷亡事件時(shí)有發(fā)生[12]。因此，詳細(xì)分析研究重慶地區(qū)閃電活動(dòng)特征具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

李家啟等[13-14]對(duì)2008 年以前重慶地區(qū)閃電活動(dòng)特征、雷電參數(shù)及雷電災(zāi)害防御等方面做了研究。趙生昊等[15]、任照環(huán)等[16]重點(diǎn)研究了重慶地區(qū)雷電災(zāi)害主要致災(zāi)因子及雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃。由于重慶地形復(fù)雜多變，海拔落差極大（73.1~2 796.8 m），兼有盆地、河谷、丘陵和山地等不同地形地貌，閃電活動(dòng)時(shí)空分布差異顯著。然而近年來，針對(duì)重慶地區(qū)閃電活動(dòng)時(shí)空分布特征，尤其是復(fù)雜地形及海拔高度對(duì)地閃活動(dòng)影響的研究較為少見。因此，本文利用2008—2020 年重慶地區(qū)ADTD 閃電定位資料，并結(jié)合高精度DEM 海拔高程數(shù)據(jù)，研究了重慶地區(qū)復(fù)雜地形影響下的地閃活動(dòng)特征，以加深對(duì)該地區(qū)地閃活動(dòng)規(guī)律的認(rèn)識(shí)，同時(shí)為雷電臨近預(yù)報(bào)及復(fù)雜地形條件下閃電活動(dòng)規(guī)律的研究提供參考。

2 研究數(shù)據(jù)及方法

2.1 研究數(shù)據(jù)

地閃數(shù)據(jù)為2008—2020 年重慶地區(qū)ADTD閃電定位數(shù)據(jù)，由重慶市ADTD 閃電定位系統(tǒng)獲取。該系統(tǒng)包括一個(gè)主站（重慶沙坪壩站）、四個(gè)子站（酉陽、城口、云陽、石柱），且與四川、湖北、貴州等省鄰近區(qū)域的閃電監(jiān)測(cè)站點(diǎn)聯(lián)網(wǎng)，共有13 個(gè)閃電定位探測(cè)站(圖1) ，探測(cè)范圍覆蓋重慶所有區(qū)域。其時(shí)鐘頻率最高為16 mHz，每個(gè)閃電回?fù)舻奶幚頃r(shí)間在1 ms 左右，定位精度優(yōu)于300 m，探測(cè)效率可達(dá)90%，提供包括地閃回?fù)舭l(fā)生的時(shí)間、位置、極性、強(qiáng)度、陡度、定位誤差和定位方式等信息。根據(jù)探測(cè)原理，刪除了小于2站探測(cè)到的數(shù)據(jù)記錄[17]。同時(shí)，王志超等[18]研究表明，受云閃干擾，ADTD 閃電定位系統(tǒng)對(duì)于電流強(qiáng)度小于10 kA 的閃電回?fù)籼綔y(cè)能力較差，為了避免誤判，本文在使用閃電定位資料前剔除了小于10 kA 閃電定位資料。降水量資料為2016—2020 年重慶市34 個(gè)國(guó)家級(jí)地面氣象觀測(cè)站及1 929 個(gè)地面區(qū)域自動(dòng)氣象站逐小時(shí)降水量數(shù)據(jù)，由國(guó)家信息中心CIMISS系統(tǒng)獲取，該數(shù)據(jù)經(jīng)過了嚴(yán)格的質(zhì)量控制。

地形高程數(shù)據(jù)為SRTM DEM 數(shù)據(jù)，空間分辨率為90 m，來源于中國(guó)科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心地理空間數(shù)據(jù)云平臺(tái)（http://www.gscloud.cn）。SRTM（Shuttle Radar Topography Mission）是由美國(guó)航空航天局（NASA）和國(guó)防部國(guó)家測(cè)繪局（NIMA)聯(lián)合測(cè)量數(shù)據(jù)[19]，是目前區(qū)域地形地貌研究采用較多的基礎(chǔ)分析數(shù)據(jù)。

2.2 研究方法

地閃密度是指單位面積、單位時(shí)間內(nèi)的平均地閃次數(shù)，該值能精確反映全年閃電活動(dòng)的頻繁程度，單位：fl/(km2·a)。在計(jì)算地閃密度時(shí)，參照GB/T 37047-2018《基于雷電定位系統(tǒng)(LLS)的地閃密度總則》標(biāo)準(zhǔn)[20]。即計(jì)算地閃密度選擇網(wǎng)格大小時(shí)需保證每個(gè)網(wǎng)格的大小和觀測(cè)周期都滿足下式：

式中NG為地閃密度；Tobs為觀測(cè)周期，單位為年；Acell為每個(gè)網(wǎng)格單元的面積，單位為km2，式(1)左邊表示單個(gè)網(wǎng)格內(nèi)地閃總次數(shù)，即需要滿足規(guī)定單個(gè)網(wǎng)格內(nèi)的地閃次數(shù)大于80 次。本文計(jì)算地閃密度時(shí)共有13 年時(shí)間序列的地閃數(shù)據(jù)，將重慶地區(qū)劃分為10 km×10 km 的網(wǎng)格空間顯然滿足要求，然后計(jì)算地閃密度。

在分析重慶地區(qū)地閃活動(dòng)時(shí)空分布時(shí)，考慮地形和氣候特征的差異，將重慶按照多年氣候特征、地形及行政區(qū)劃分為西部、西南部、主城、中部、東南部和東北部等6 個(gè)區(qū)域（圖1）。其中，西部、主城以平原和丘陵地形為主，代表了渝西經(jīng)濟(jì)圈和城市人口聚集區(qū)，西南部為渝西偏南地區(qū)的丘陵、低山山地地形，中部為盆地與低山山地的過渡帶，東北部和東南部為起伏較大的山地地形，針對(duì)重慶復(fù)雜地形下的地閃活動(dòng)特征進(jìn)行研究。

圖1 重慶地區(qū)周邊地形、ADTD閃電定位探測(cè)站（五角星）及氣候業(yè)務(wù)區(qū)域分布

3 地閃活動(dòng)空間分布

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，2008—2020 年重慶地區(qū)共出現(xiàn)地閃2 307 261 次，其中負(fù)地閃2 211 437 次，正地閃僅有95 824次，正地閃占比（正地閃次數(shù)占總地閃次數(shù)的比）僅有4.15%，因此負(fù)地閃的變化決定了總地閃的變化。與其他區(qū)域?qū)Ρ劝l(fā)現(xiàn)，重慶地區(qū)正地閃占比要明顯小于京津冀地區(qū)[21]和新疆[22]等地區(qū)，與云南等地區(qū)較為接近[10]。從圖2 可以看出，重慶地區(qū)地閃活動(dòng)空間分布差異顯著，地閃密度大值區(qū)主要集中在西部、主城和西南部偏北區(qū)域，在6～9 fl/(km2·a)，尤其在主城人口密集區(qū)域，甚至超過9 fl/(km2·a)，許多研究表明由于城市熱島效應(yīng)和人類活動(dòng)造成的氣溶膠增多，導(dǎo)致大城市區(qū)域的閃電活動(dòng)明顯增加[23-24]。其次是中部、東北部偏南及東南部偏北區(qū)域，地閃密度在3～6 fl/(km2·a)，東北部偏北和東南部偏南區(qū)域地閃活動(dòng)較少，地閃密度小于2 fl/(km2·a)。依據(jù)李炳元等[25]對(duì)地形地貌的分類標(biāo)準(zhǔn)，重慶地區(qū)地閃活動(dòng)主要集中在地形較為平緩的盆地、丘陵和低山山地等區(qū)域，地形起伏劇烈的高山山地區(qū)域地閃活動(dòng)要明顯偏弱，整體上表現(xiàn)為自西向東，由盆地、丘陵到高山山地區(qū)域地閃活動(dòng)逐漸減弱的特征。

分析海拔高度變化對(duì)地閃活動(dòng)影響時(shí)，每100 m劃分為1個(gè)高度間隔。圖3給出了不同高度區(qū)間內(nèi)的地閃頻數(shù)占整個(gè)重慶區(qū)域總地閃頻數(shù)的百分比、累計(jì)百分比及平均地閃密度，圖中橫軸數(shù)值代表海拔高度區(qū)間，如200 表示100～200 m 區(qū)間。結(jié)果顯示，300~400 m 區(qū)間內(nèi)，平均地閃密度最大，為8.4 fl/(km2·a)，地閃頻數(shù)占 比 最多，為23.5%，海拔高度大于400 m 以上區(qū)域，地閃頻數(shù)及地閃密度隨海拔升高而不斷減小。整體而言，閃電活動(dòng)主要集中在海拔1 000 m以下的盆地、丘陵和低山山地區(qū)域，占到83.6%，海拔高度1 000 m以上區(qū)域僅占到16.4%，尤其海拔超過2 300 m 的高山山地區(qū)域幾乎無閃電活動(dòng)，僅占0.1%。由此可見，海拔高度變化顯著影響了地閃活動(dòng)的空間分布特征。

圖2 2008—2020年重慶地區(qū)年平均地閃密度空間分布

表1 總地閃頻數(shù)、正地閃占比和海拔高度的相關(guān)性檢驗(yàn)

圖3 不同海拔高度區(qū)間內(nèi)的地閃頻數(shù)占總地閃數(shù)的百分比、累計(jì)百分比及地閃密度分布特征

正地閃占比對(duì)強(qiáng)對(duì)流天氣類型具有指示意義，不同強(qiáng)對(duì)流天氣類型中正地閃占比差異較大，馮桂力等[26]研究表明，冰雹過程中正地閃占比較強(qiáng)降水過程更大。圖4 給出了重慶地區(qū)正地閃占比空間分布及其隨海拔高度變化特征，可以看出，重慶地區(qū)正地閃占比空間差異較大，東北部正地閃占比明顯大于其他區(qū)域。在海拔高度低于1 000 m 的平原、丘陵和低山山地區(qū)域，平均正閃占比在3.3%～4.6%，海拔高度1 000 m 以上的山地區(qū)域，平均正地閃占比達(dá)到6.2%，最大可以達(dá)到9.2%（圖4a）。對(duì)正地閃占比隨海拔高度變化做線性擬合，可以看出，正地閃占比隨海拔高度呈線性遞增，擬合度（R2）較高，為0.86，斜率為0.002 3，即海拔每升高100 m，平均正地閃占比增大0.23%，海拔越高正地閃占比越大，正地閃占比的區(qū)域差異顯著（圖4b）。由此可見，重慶地區(qū)正地閃占比受地形影響具有較大差異，應(yīng)用正地閃占比判別該區(qū)域強(qiáng)對(duì)流天氣類型時(shí)需要特別注意區(qū)域差異性的影響。

圖4 正地閃占比空間分布（a）及其隨海拔高度變化（b）特征

由于閃電與降水屬于同一強(qiáng)對(duì)流系統(tǒng)（雷暴）內(nèi)的兩種不同現(xiàn)象，二者具有內(nèi)在動(dòng)力和微物理聯(lián)系。根據(jù)Zhuo 等[27]的做法，將小時(shí)降水量R≥0.1 mm作為一次降水記錄，并引入降水量、降水頻率、短時(shí)強(qiáng)降水貢獻(xiàn)率。其中降水量是指統(tǒng)計(jì)時(shí)段內(nèi)總降水量/總時(shí)次，描述單位時(shí)間內(nèi)的降水量，單位為mm/h。降水頻率是指統(tǒng)計(jì)時(shí)段內(nèi)有降水的時(shí)次與總時(shí)次的比值，描述降水事件出現(xiàn)的頻率。短時(shí)強(qiáng)降水貢獻(xiàn)率是指該區(qū)域短時(shí)強(qiáng)降水（中央氣象臺(tái)對(duì)短時(shí)強(qiáng)降水的定義是小時(shí)降水量R≥20 mm）所產(chǎn)生的降水量與總降水量的比值，描述對(duì)流性降水的貢獻(xiàn)。

重慶屬于東亞季風(fēng)區(qū)，強(qiáng)對(duì)流天氣活動(dòng)主要發(fā)生在暖季5—9 月，圖5 給出了2016—2020 年5—9月重慶地區(qū)平均降水量、降水頻率及短時(shí)強(qiáng)降水貢獻(xiàn)率的空間分布特征。結(jié)果顯示，重慶地區(qū)有兩個(gè)降水大值中心，分別位于東北部的巫溪、開縣和云陽的交界地帶，以及東南部的酉陽、秀山地帶，西部及中部地區(qū)降水量相對(duì)較少（圖5a），這與閃電活動(dòng)空間分布具有明顯不同。同時(shí)，降水頻次分布與重慶地形分布較為吻合，地形起伏較大的山地區(qū)域降水頻次要高于平原、盆地區(qū)域，高值區(qū)主要分布在海拔1 000 m 以上的山地區(qū)域，在15%~20%，部分高海拔區(qū)域甚至超過20%，西部及中部等平原、盆地和丘陵區(qū)域在8%~12%，說明地形抬升作用有利于降水發(fā)生（圖5b）。西部平原、盆地和丘陵區(qū)域短時(shí)強(qiáng)降水的貢獻(xiàn)率要明顯高于東北部和東南部高山山地區(qū)域，尤其是東北部城口等區(qū)域，短時(shí)強(qiáng)降水的貢獻(xiàn)率僅5%左右（圖5c）。以上分析表明，在東南部和東北部等高山山地區(qū)域地形抬升有利于降水形成，降水頻次高且降水量更大，但是對(duì)流活動(dòng)弱，不易發(fā)生強(qiáng)對(duì)流天氣，短時(shí)強(qiáng)降水貢獻(xiàn)率較小，閃電活動(dòng)也相對(duì)較弱。在西部平原、盆地和丘陵等區(qū)域，降水量及降水頻次雖然較少，但受周圍高大山脈阻擋，能量聚集不宜散失，低層水汽能量條件較好，易引發(fā)強(qiáng)對(duì)流天氣產(chǎn)生短時(shí)強(qiáng)降水，從而伴隨強(qiáng)烈的閃電活動(dòng)。

圖5 2016—2020年5—9月重慶地區(qū)平均降水量（a）、降水頻率（b）及短時(shí)強(qiáng)降水貢獻(xiàn)率（c）的空間分布

綜上所述，重慶地區(qū)地閃活動(dòng)空間分布差異顯著，且與地形及海拔高度密切相關(guān)，整體上表現(xiàn)為自西向東，由盆地、丘陵到高山山地區(qū)域地閃活動(dòng)逐漸減弱，正地閃占比逐漸增大的特征。同時(shí)，該區(qū)域閃電活動(dòng)與降水量的空間分布差異顯著，二者幾乎成相反的分布狀況，可見地形及海拔高度對(duì)閃電活動(dòng)和降水時(shí)空分布的影響是不同的。

4 地閃活動(dòng)時(shí)間分布

2008—2020年整個(gè)重慶地區(qū)地閃頻數(shù)及正地閃占比逐年分布差異顯著，2018年地閃頻數(shù)最多，為265 977 次，2015 年地閃頻數(shù)最少，為55 178次，最多年是最少年的4.8 倍。各年正地閃占比在2.78%～9.31%，2013 年最小，2018 年最大（圖略）。對(duì)比不同區(qū)域地閃頻數(shù)年際變化發(fā)現(xiàn)，各區(qū)域地閃頻數(shù)逐年分布具有一定差異，地閃頻數(shù)最多年及最少年與整個(gè)重慶地區(qū)分布并不一致，這與強(qiáng)對(duì)流天氣在不同區(qū)域年際變化分布不均有關(guān)。

4.1 月、季節(jié)變化

圖6 給出了2008—2020 年重慶地區(qū)逐月地閃頻數(shù)占全年百分比及各區(qū)域月平均地閃密度分布。結(jié)果顯示，重慶地區(qū)地閃活動(dòng)逐月變化呈單峰型分布，7 月為峰值，主要集中在4—9 月，占全年的96.3%，其余月份僅占3.7%。按照季節(jié)分析，夏季（6—8 月）閃電活動(dòng)最為劇烈，占全年的73.7%，其次是春季（3—5 月），占全年的16.3%，秋季（9—11 月）閃電活動(dòng)明顯減弱，占全年的10.0%，冬季（12—2月）幾乎沒有地閃活動(dòng)，僅占全年的0.1%（圖6a）。同時(shí)，對(duì)重慶不同區(qū)域月平均地閃密度分析發(fā)現(xiàn)，各區(qū)域地閃活動(dòng)月變化均呈單峰型分布，除西南部外，其余各區(qū)域峰值均出現(xiàn)在7 月，主要集中在4—9 月，其余月份地閃活動(dòng)較弱（圖6b），各區(qū)域地閃活動(dòng)逐月變化差異不大，說明地形及海拔高度變化對(duì)月、季節(jié)尺度變化影響不明顯，這是因?yàn)橹貞c地區(qū)屬于亞洲夏季風(fēng)影響區(qū)域，強(qiáng)對(duì)流天氣的月、季節(jié)尺度變化主要受到東亞季風(fēng)、副熱帶高壓等大尺度天氣系統(tǒng)影響[28]，地形起伏及下墊面物理特性的差異主要引起低層大氣溫濕度分布不均勻，從而導(dǎo)致中小尺度系統(tǒng)日變化的顯著差異。

圖6 2008—2020年整個(gè)重慶地區(qū)逐月地閃頻數(shù)占全年百分比（a）及各區(qū)域月平均地閃密度（b）分布

4.2 日變化

圖7給出了重慶地區(qū)不同區(qū)域地閃密度日變化特征，重慶各區(qū)域地閃密度日變化均呈雙峰型分布，分別在夜間和白天各有一個(gè)峰值，夜間峰值集中在00:00—04:00（北京時(shí)間，下同），白天峰值集中在14:00—18:00，08:00—12:00 為地閃活動(dòng)最弱時(shí)段。值得注意的是，其中夜間峰值出現(xiàn)時(shí)間表現(xiàn)為自西向東逐漸延后特征，其中西南部、西部和主城出現(xiàn)在00:00，中部出現(xiàn)在02:00，東南部出現(xiàn)在03:00，東北部出現(xiàn)在04:00，渝西地區(qū)（西部、西南部和主城）晚于渝東北地區(qū)約4 h，方德賢等[29]對(duì)重慶地區(qū)降水分析發(fā)現(xiàn)，降水以夜雨為主，且降水峰值出現(xiàn)時(shí)間也表現(xiàn)為向東延遲的特征，表明重慶地區(qū)夜間天氣系統(tǒng)活躍時(shí)段與地形及特殊的地理位置密切相關(guān)。王娟等[4]、王義耕等[30]研究發(fā)現(xiàn)，西南地區(qū)夜間多雷暴，閃電活動(dòng)具有明顯的夜發(fā)性特征，但重慶地區(qū)地閃活動(dòng)并不表現(xiàn)為單一的夜發(fā)性特征，地形起伏和海拔高度的變化影響了該區(qū)域地閃活動(dòng)晝夜分布，其中重慶西部、主城地區(qū)地閃活動(dòng)主峰值出現(xiàn)在夜間，西南部、中部和東南部地區(qū)峰值白天與夜間相當(dāng)，東北部主峰值出現(xiàn)在白天。

圖7 2008—2020年重慶不同區(qū)域每小時(shí)地閃密度(fl/(km2·h))日變化特征

為了詳細(xì)分析重慶各區(qū)域地閃活動(dòng)晝夜分布特征，表2 給出了2008—2020 年重慶各區(qū)域地閃頻數(shù)晝夜比統(tǒng)計(jì)。結(jié)果顯示，2008—2020 年重慶地區(qū)白天共出現(xiàn)地閃1 003 237 次，其中夜間有1 304 024 次，地閃頻數(shù)晝夜（白天總地閃頻數(shù)與夜間總地閃頻數(shù)之比）比為0.77，呈明顯的夜間主導(dǎo)型特征。不同區(qū)域地閃活動(dòng)晝夜分布具有復(fù)雜性，其中西部、主城、中部及東南部地區(qū)地閃活動(dòng)表現(xiàn)出夜間主導(dǎo)型特征，地閃頻數(shù)晝夜比分別為0.33、0.68、0.85 和0.89，尤其是西部，晝夜比僅為0.33，夜間地閃頻數(shù)約是白天的3 倍，呈現(xiàn)出顯著的夜間主導(dǎo)型特征。西南部和東北部地閃頻數(shù)晝夜比分別為1.05 和1.06，白天閃電活動(dòng)略多于夜間，并不表現(xiàn)為夜間主導(dǎo)型，逐漸向白天主導(dǎo)型轉(zhuǎn)變。

圖8 給出了2008—2020 年重慶地閃頻數(shù)晝夜比空間分布及其隨海拔高度變化的特征。圖8a顯示，在海拔較低的盆地、丘陵和低山山地區(qū)域夜間閃電活動(dòng)多于夜間，地閃頻數(shù)晝夜比小于1.0，呈夜間主導(dǎo)型特征。在高山山地區(qū)域，白天閃電活動(dòng)多于夜間，地閃頻數(shù)晝夜比大于1.0，尤其是海拔更高大婁山區(qū)域和大巴山區(qū)域甚至超過2.0，地閃活動(dòng)表現(xiàn)為明顯的白天主導(dǎo)型特征。圖8b 顯示，地閃頻數(shù)晝夜比隨海拔高度升高而逐漸增大，海拔低于1 000 m 區(qū)域，地閃頻數(shù)晝夜比小于1.0，地閃活動(dòng)呈現(xiàn)出夜間主導(dǎo)型特征，海拔1 000 m以上區(qū)域，地閃頻數(shù)晝夜大于1.0，尤其是1 800 m 以上的高海拔區(qū)域，平均地閃頻數(shù)晝夜比大于1.5，地閃活動(dòng)呈明顯的白天主導(dǎo)型特征。由此可見，重慶地區(qū)由盆地、丘陵到高山山地區(qū)域隨著海拔高度的升高，地閃活動(dòng)由夜間主導(dǎo)型向白天主導(dǎo)型轉(zhuǎn)變，海拔越高白天地閃活動(dòng)越劇烈。

表2 2008—2020年重慶各區(qū)域地閃頻數(shù)晝夜比統(tǒng)計(jì)（包括整個(gè)區(qū)域）

圖8 2008—2020年重慶地區(qū)地閃頻數(shù)晝夜比空間分布（a）和地閃頻數(shù)晝夜比隨海拔變化（b）

5 閃電強(qiáng)度變化

閃電強(qiáng)度是指閃電活動(dòng)產(chǎn)生的電流強(qiáng)度，是雷電潛在破壞力的一個(gè)重要方面，目前研究表明，正地閃的強(qiáng)度通常強(qiáng)于負(fù)地閃[31-32]。如圖9(見下頁)所示，重慶地區(qū)正地閃集中在31.9～71.0 kA，平均為55.9 kA，負(fù)地閃集中在22.9～43.6 kA，平均為36.2 kA，平均正地閃強(qiáng)度與平均負(fù)地閃強(qiáng)度差值為19.7 kA，正地閃強(qiáng)度要強(qiáng)于負(fù)地閃。對(duì)比不同區(qū)域發(fā)現(xiàn)，各區(qū)域的正、負(fù)地閃強(qiáng)度差異較小，正地閃強(qiáng)度集中在30.9～81.5 kA，平均正地閃在50.9～61.9 kA，西部略大于其他區(qū)域。負(fù)地閃集中在21.6～45.9 kA，平均值在32.8～42.3 kA，東北部略大于其他區(qū)域。由此可見，地形差異及海拔高度變化對(duì)地閃強(qiáng)度分布影響并不十分顯著。多數(shù)研究認(rèn)為閃電強(qiáng)度與濕度條件[33]、氣溫[34]以及對(duì)流有效位能[35]等有較強(qiáng)的相關(guān)性，因此在雷電災(zāi)害防御時(shí)更應(yīng)注意系統(tǒng)本身的強(qiáng)度影響，地形及海拔變化對(duì)地閃活動(dòng)的影響可以作為次要因素。

6 結(jié)論與討論

（1）重慶地區(qū)地閃活動(dòng)以負(fù)地閃為主，平均正地閃占比為4.15%，其值隨海拔高度升高而增大。地閃密度高值區(qū)位于重慶西部、主城、及西南部偏北等海拔較低的盆地、丘陵和低山山地區(qū)域，在6.0～9.0 fl/(km2·a)，東北部偏北和東南部偏南等地形起伏劇烈的高山山地區(qū)域地閃活動(dòng)最弱，地閃密度小于2.0 fl/(km2·a)。整體而言，地閃活動(dòng)表現(xiàn)為自西向東，由盆地、丘陵到山地區(qū)域逐漸減弱，正地閃占比逐漸增大的特征。

圖9 重慶不同區(qū)域的正、負(fù)地閃強(qiáng)度（絕對(duì)值）箱線圖

（2）重慶地區(qū)地閃活動(dòng)年際變化分布不均，地閃頻數(shù)最多年是最少年的4.8 倍，月變化呈單峰型分布，7 月為峰值，主要集中在4—9 月，占全年的96.3%。日變化呈雙峰型分布，各區(qū)域夜間峰值集中在00:00—04:00，白天峰值集中在14:00—18:00，08:00—12:00為地閃活動(dòng)最弱時(shí)段。

（3）地閃活動(dòng)的月、季節(jié)尺度變化主要受大尺度天氣系統(tǒng)支配，地形及海拔對(duì)地閃活動(dòng)影響主要體現(xiàn)在日變化的顯著差異上，具體表現(xiàn)為夜間峰值出現(xiàn)時(shí)間自西向東逐漸向后延遲，其中西南部、西部和主城出現(xiàn)在00:00，中部出現(xiàn)02:00，東南部出現(xiàn)在03:00，東北部出現(xiàn)在04:00，渝西地區(qū)（西部、西南部和主城）晚于渝東北地區(qū)約4 h。同時(shí)，海拔高度1 000 m 以下區(qū)域，夜間地閃頻數(shù)多于白天，表現(xiàn)為夜間主導(dǎo)型，海拔高度1 000 m以上區(qū)域，白天地閃頻數(shù)多于夜間，為白天主導(dǎo)型特征，且海拔高度越高，閃電越易發(fā)生在白天。

（4）重慶地區(qū)正地閃強(qiáng)度集中在31.9～71.0 kA，負(fù)地閃集中在22.9～43.6 kA，正地閃強(qiáng)度要明顯強(qiáng)于負(fù)地閃，正閃主要分布在閃電強(qiáng)度的高值區(qū)，負(fù)地閃主要分布在閃電強(qiáng)度的低值區(qū)，并且各區(qū)域地閃強(qiáng)度差異不大，地形及海拔高度變化對(duì)地閃強(qiáng)度的影響不顯著。

通過分析重慶地區(qū)復(fù)雜地形下地閃活動(dòng)時(shí)空分布特征，進(jìn)一步加深了對(duì)該地區(qū)閃電活動(dòng)規(guī)律的認(rèn)識(shí)，為開展復(fù)雜地形條件下閃電活動(dòng)的天氣學(xué)機(jī)制及地形對(duì)閃電活動(dòng)的影響研究提供參考。同時(shí)，值得注意的是該地區(qū)暖季的地閃活動(dòng)與降水空間分布具有明顯差異，地閃密度高值區(qū)位于重慶西部、主城、及西南部偏北等海拔較低的盆地、丘陵和低山山地區(qū)域，降水量的大值區(qū)位于重慶東北部和東南部等高海拔山地區(qū)域，閃電活動(dòng)與降水量空間分布幾乎呈相反分布狀況。由于閃電與強(qiáng)降水屬于同一強(qiáng)對(duì)流系統(tǒng)（雷暴）內(nèi)的兩種不同現(xiàn)象，二者具有內(nèi)在的動(dòng)力和微物理聯(lián)系[36]，但由于復(fù)雜地形、氣候條件等顯著不同，造成重慶地區(qū)閃電活動(dòng)和降水的時(shí)空分布特征具有顯著差異，因此有待進(jìn)一步深入研究重慶地區(qū)復(fù)雜地形條件下，閃電活動(dòng)與強(qiáng)降水時(shí)空分布特征以及二者的相關(guān)關(guān)系，為該區(qū)域強(qiáng)對(duì)流天氣的臨近預(yù)報(bào)預(yù)警提供參考。