川、甘地區(qū)航空器飛行區(qū)域閃電時空分布特征＊

喻偉，喻成，劉自牧，文雯

（1.航空工業(yè)成飛集團有限公司，四川 成都 610000；2.四川省氣象服務(wù)中心，四川 成都 610000）

閃電，是云與云之間、云與地面之間的強烈放電現(xiàn)象，其在出現(xiàn)過程中會釋放出強大能量，進而造成人員傷亡、電子系統(tǒng)損壞、火災(zāi)爆炸的事故，造成重大的經(jīng)濟損失和社會影響。全球每年因為雷電造成的人員傷亡超萬人，造成的經(jīng)濟損失在10 億美元以上[1]。閃電作為雷暴的重要組成部分，是目前航空活動中威脅飛行安全的重要因素，雷暴不僅會對航空飛行器的空中飛行帶來危害，還會造成飛行器無線電通訊和電子設(shè)備故障[2-3]，因此，對于閃電的研究顯得尤為重要。雷暴常伴有閃電、大風(fēng)、強降水、下?lián)舯┝鞯任ｋU天氣[4]。氣象上，對于大風(fēng)、強降水的研究已較成熟，閃電由于發(fā)生時間極短、發(fā)生范圍分散、數(shù)據(jù)難采集等因素，目前對閃電的研究也較有限。國內(nèi)學(xué)者普遍認為，閃電活動多出現(xiàn)在沿海、山區(qū)、中尺度對流多發(fā)區(qū)和熱帶輻合帶的輻合區(qū)內(nèi)[5]。一些學(xué)者對中國閃電空間分布進行統(tǒng)計，劃分出中國4 個雷電活躍區(qū)域，從高到低分別為華南地區(qū)、西南地區(qū)、華東地區(qū)、華北地區(qū)[6]。可見，在中國不同地區(qū)閃電的分布特征存在明顯的差異，整體上中國閃電東多西少，南多北少，沿海高于內(nèi)陸。而四川地區(qū)地形包含高原、山地、平原，地貌復(fù)雜，山脈的動力抬升作用加之四川多夜雨的特征，閃電活動特征與中國大部分地區(qū)有所區(qū)別。

一些學(xué)者對中國不同地區(qū)閃電活動進行研究，閃電定位資料較雷達資料在冰雹、雷暴等過程中有2 h左右的提前量；閃電多發(fā)生在人口密集的城市、高樓和硬化地面；與大氣污染和城市熱島效應(yīng)有關(guān)[7]，然而目前大部分學(xué)者由于閃電數(shù)據(jù)難采集，對閃電的研究多局限于閃電采集點，對于閃電的空間分布研究較為有限。

隨著中國西南地區(qū)經(jīng)濟和科技的快速發(fā)展，航空事業(yè)對氣象服務(wù)提出了更高的要求，尤其是雷暴天氣服務(wù)，航空飛行器在雷電區(qū)飛行時云中的強烈擾動氣流使飛機發(fā)生嚴重的顛簸，飛機甚至?xí)幱跓o法操作的狀態(tài)，增加了飛行員操作難度，閃電中強烈的雷暴電場會嚴重干擾或損壞飛機的無線電通訊或其他飛行電子儀器[8-9]。川、甘地區(qū)航空器飛行區(qū)域位于青藏高原東側(cè)，由于高原高大地形的動力和熱力效益，給高原東側(cè)的氣候帶來較大影響，川、甘地區(qū)航空器飛行區(qū)域的閃電發(fā)生時空特征也較其他區(qū)域有所不同，由于閃電活動與對流活動之間的緊密聯(lián)系，閃電活動可以作為研究區(qū)域?qū)α骰顒拥囊粋€有效指標。與雷達和衛(wèi)星觀測相比，閃電探測網(wǎng)受地形影響較小，實時性強，覆蓋范圍廣，有可能在川、甘地區(qū)航空器飛行區(qū)域?qū)α骰顒拥谋O(jiān)測中發(fā)揮獨特作用。為更好地提供航空氣象保障，利用閃電定位資料來了解川、甘地區(qū)航空器飛行區(qū)域內(nèi)閃電天氣現(xiàn)象的分布特征，能在一定程度上提高航空氣象預(yù)報員對雷暴天氣的預(yù)報能力，為管制部門指揮飛機繞開雷暴區(qū)提供依據(jù)，為航空氣象預(yù)報員在運行中建立閃電氣候情景意識提供幫助。

1 資料與方法

本文研究的范圍為26°N—34°N，100°E—109°E，包含了四川盆地、川西高原的東部、攀西地區(qū)以及甘肅的南部部分地區(qū)。閃電定位數(shù)據(jù)源于國家雷電監(jiān)測網(wǎng)提供的云-地閃電觀測數(shù)據(jù)。閃電數(shù)據(jù)年份為2010—2019 年，能較好地覆蓋研究區(qū)域，閃電定位信息包含閃電發(fā)生時間、閃電強度、閃電波形坡度、閃電發(fā)生位置等，數(shù)據(jù)精度優(yōu)于300 m，探測效率大于80%，數(shù)據(jù)時間分辨率為逐天。

本文采用數(shù)學(xué)統(tǒng)計方法，分析研究川、甘地區(qū)航空器飛行區(qū)域雷電活動的閃電頻次，閃電發(fā)生的逐季、逐月、逐日變化特征和閃電活動的空間分布特征。

2 閃電活動的時間變化特征

2.1 川、甘地區(qū)航空器飛行區(qū)域閃電頻次月變化

對2010—2019 年川、甘地區(qū)航空器飛行區(qū)域內(nèi)閃電發(fā)生頻次進行逐月統(tǒng)計，結(jié)果如圖1 所示。由圖1可知，區(qū)域內(nèi)閃電呈現(xiàn)單峰特征主要集中在4—9 月，高發(fā)月份為6—8 月，閃電峰值出現(xiàn)在7 月，約361 萬次。6—8 月空氣中水汽充足，而溫暖潮濕的上升氣流是產(chǎn)生雷電的必要條件，同時夏季對流旺盛，有利于不穩(wěn)定能量的增強，最終形成雷電。冬半年10 月至次年3 月發(fā)生閃電很少，但是每月均有閃電出現(xiàn)，這是因為冬半年溫度較低，大氣熱力作為不明顯，對流不強，但是當(dāng)強冷空氣南下時，也會出現(xiàn)閃電的現(xiàn)象，10 月較9 月閃電頻次迅速減小，可能是因為10 月氣溫迅速轉(zhuǎn)涼，大氣中水汽量下降明顯的緣故。

圖1 2010—2019 年飛行區(qū)域內(nèi)逐月閃電發(fā)生頻次

2.2 川、甘地區(qū)航空器飛行區(qū)域內(nèi)各季節(jié)閃電頻次所占比例

飛行區(qū)域內(nèi)各季節(jié)閃電發(fā)生頻次所占比例如圖2所示。由圖2 可知，夏季閃電最多，占全年的68%；其次為春季，占全年19%；然后是秋季，占13%；冬季最少。夏季是川、甘地區(qū)航空器飛行區(qū)域閃電高發(fā)季節(jié)，冬季則很少有閃電活動，這是由于冬季氣溫普遍較低，并且大氣干燥，對流較弱，大氣運動的摩擦起電較弱，因此是閃電次數(shù)最少的時期。

2.3 川、甘地區(qū)航空器飛行區(qū)域閃電頻次年變化

2010—2019 年飛行區(qū)域內(nèi)閃電發(fā)生頻次年變化如圖3 所示。由圖3 可知，川、甘地區(qū)航空器飛行區(qū)域內(nèi)年均閃電發(fā)生頻次為1 364 833 次。10 年中，閃電發(fā)生頻次存在明顯的年變化特征，其中2013 年閃電發(fā)生頻次最高，為2 005 500 次；2015 年閃電發(fā)生頻次最低，為982 579 次，閃電高發(fā)年數(shù)量為閃電低發(fā)年生產(chǎn)數(shù)量的1 倍以上。

圖3 2010—2019 年飛行區(qū)域內(nèi)閃電發(fā)生頻次年變化

3 川、甘地區(qū)航空器飛行區(qū)域閃電空間分布

2010—2019 年飛行區(qū)域內(nèi)閃電發(fā)生空間分布如圖4 所示。由圖4 可知，川、甘地區(qū)航空器飛行區(qū)域內(nèi)，閃電空間分布存在明顯的大值中心，大值中心位于盆地南部的瀘州境內(nèi)，大值區(qū)中心最高頻次達50 萬次，盆地南部大部分區(qū)域閃電頻次在35 萬次以上，閃電發(fā)生頻次其次為盆地西部到中部、重慶中部和西部地區(qū)，發(fā)生頻次為25 萬～35 萬次；盆地的其余區(qū)域發(fā)生閃電的頻次明顯減少，但仍然明顯高于川西高原和攀西地區(qū)，發(fā)生次數(shù)為10 萬～25 萬次；攀西地區(qū)發(fā)生閃電的頻次明顯高于川西高原，維持在5 萬～15 萬次，其中攀西地區(qū)南部存在一個閃電相對高發(fā)區(qū)，共發(fā)生閃電25 萬次；川西高原及四川北部地區(qū)閃電活動頻次較低，為1 萬～10 萬次。

四川區(qū)域內(nèi)年降水量空間分布如圖5 所示。由圖5可知，整個川、甘地區(qū)航空器飛行區(qū)域閃電活動頻次與區(qū)域內(nèi)強降水量較為一致，其中四川盆地西部到南部降水量較大，也對應(yīng)閃電發(fā)生最活躍區(qū)域，具有較好的一致性。且閃電多活躍在復(fù)雜地形的過渡地帶，這主要是由該地區(qū)地形地貌、日加熱狀況、下墊面情況和大氣中水汽含量等因素共同決定的。而盆地與山區(qū)的過渡地帶，由于盆地水汽充足，并且水汽向山區(qū)移動時，由于地形抬升作用，則有利于云內(nèi)起電，形成雷暴。

圖5 四川區(qū)域內(nèi)年降水量空間分布

4 結(jié)論

本文對2010—2019 年川、甘地區(qū)航空器飛行區(qū)域閃電時空分布特征進行分析，得出的主要結(jié)論如下：①閃電的逐月發(fā)生頻次呈現(xiàn)單峰特征，主要集中在4—9 月，高發(fā)月份為6—8 月，閃電峰值出現(xiàn)在7 月，為361 萬次。10 月至次年3 月發(fā)生閃電很少，但是每月均有閃電出現(xiàn)。②各季節(jié)閃電發(fā)生頻次所占比例區(qū)別較大，夏季閃電最多，占全年的68%，春季、秋季分別占全年19%、13%；冬季最少。閃電發(fā)生頻次存在明顯的年變化特征，高發(fā)年發(fā)生頻次可以達到低發(fā)年的1 倍以上。③區(qū)域內(nèi)閃電空間分布存在明顯的大值中心，大值中心位于盆地南部的瀘州境內(nèi)?？傮w而言，閃電發(fā)生頻次四川盆地多于攀西地區(qū)，川西高原最少。④閃電活動頻次與區(qū)域內(nèi)強降水量較為一致，四川盆地西部到南部降水量較大，也對應(yīng)閃電發(fā)生最活躍區(qū)域，具有較好的一致性。