何昌雄，唐军，姚子睿

(1.国网湖南省电力公司郴州供电分公司，湖南郴州423000；2.华南理工大学电力学院，广东广州510640)

2015—2016年超强厄尔尼诺现象下郴州地区雷暴活动特征分析

何昌雄1，唐军1，姚子睿2

(1.国网湖南省电力公司郴州供电分公司，湖南郴州423000；2.华南理工大学电力学院，广东广州510640)

为了分析厄尔尼诺现象下郴州地区雷暴活动的分布特征，以近5年来的雷电定位数据位样本，统计了郴州地区地闪频次的月度变化趋势情况和前/后汛期强对流天气雷暴过程的发展趋势。对比分析了厄尔尼诺现象下2016年前/后汛期郴州地区的雷电流副值概率密度分布情况特征。研究结果表明:此次厄尔尼诺现象对该地区前汛期的雷暴产生较大影响，使前汛期的落雷数大幅增加并超过往年。

厄尔尼诺；雷暴活动；前汛期；后汛期

雷击是造成电网故障的主要原因之一，我国约70%以上的输电线路跳闸事故均是因雷击引起〔1－5〕。掌握雷电时空发展及分布规律，从而制定相应的防护措施，对降低线路雷击跳闸率，从而提高供电可靠性、保障电网安全具有重要意义〔6〕。

在防雷计算中，落雷密度和雷电流幅值概率分布是表征雷电活动强弱的重要参数，其分布规律特征与气象、自然条件等因素有关，因而具有很强的地域性〔7－9〕。不同气候、地理环境下的落雷密度和雷电流幅值概率分布存在很大差异。郴州地处我国南岭山脉的北麓，气候复杂多变，2008年的 “冰灾”汇集了全国亿万人民的牵挂。同时，郴州地区也是雷电高发区域，落雷密度是湖南省其它地区的2倍多，雷击、覆冰是郴州电网安全的主要威胁。

2014—2016年，赤道中东太平洋发生了一次超强厄尔尼诺事件，此次事件被定义为1951年来的最强厄尔尼诺事件，气象部门预测其将对我国华南地区2015—2016年的气候产生强烈影响，导致降雨及雷暴天气大幅增加〔10－12〕。本文根据雷电定位系统统计的郴州地区雷电参数分布情况进行了分析，探讨厄尔尼诺现象下郴州地区雷电分布和变化规律，为电网及设备的雷电防护工作提供相关依据。

1 郴州地区气候特征

郴州市位于南岭山脉北麓，地处北纬24°53′～26°50′的亚热带气候中，地势自东南向西北方向倾斜，东部是南北延伸的罗霄山脉，最高海拔2 061.3 m，南部是东西走向的南岭山脉，最高海拔1 913.8 m，西部是郴道盆地，北部地势低平，总体呈东高西低，南高北低的 “山”字箕形。南岭山脉的主要山系在郴州呈东北—西南向走势，对北方南下的冷空气起阻挡抬升作用，对西南暖湿气流起屏障作用，气候除了亚热带湿润气候特征外，还有明显的地方性小气候特征，频繁发生强降雨、雷暴冰冻等极端恶劣天气。

每年3—6月，来自东南方向的暖湿季风北上，与停留在郴州干冷气流交汇，形成对流，引起强雷暴，这段时间的雷暴呈现出南北发展的特征，称为前汛期。6月中后期至8月底，来自印度洋、孟加拉湾的水汽经中南半岛向东、向北发展，向我国华南地区输送。同时，南海夏季风、西太平洋副热带高压偏南、偏东，也利于西太平洋、南海的水汽向华南地区输送，两条水汽输送带使该地区上空水汽充足，同样导致强对流雷暴天气频发，这段时期称为后汛期〔13－15〕。

2 郴州地闪变化趋势

此次厄尔尼诺现象加强了赤道中东太平洋地区、特别是菲律宾附近地域的对流活动，强大暖湿气流向北移动至我国华南地区，使得该地区冷、暖气流交汇活动更加频繁和强烈，引起超强雷暴天气〔11－12〕。以3月19—23日郴州地区的雷暴活动为例，根据雷电定位系统统计结果，期间全市共落雷15 837次，占湖南省总落雷数的25.27%，占2016年1—9月份郴州地区总落雷数的16.36%。图1为近5年来郴州全境落雷次数的月度分布情况对比。

由图1可知，2016年3—5月的落雷数要远高于往年，6—8月后的落雷数略低于雷电活动较为频繁的2012，2014年，高于雷电活动频次较低的2013，2015年。郴州地区6—8月后汛期雷雨天气主要是由热带云团和热带气旋引起〔15〕。说明厄尔尼诺现象主要是通过加强赤道附近海域北上的暖湿气流，气流北上进而影响我国华南地区的降水活动，此次厄尔尼诺现象对春季降雨雷暴的影响程度要高于夏季。图2为近2年1—9月份郴州地区与全省的落雷情况对比。

图1 近5年郴州全境落雷次数的月度分布情况

图2 郴州地区占全省落雷比例对比

郴州地区总面积约占全省总面积的9.11%，2016年1—9月份郴州地区落雷数占全省落雷数的比重普遍高于去年同期。根据冷、暖气流交汇的锋面发展特征，郴州地区每年最先于其他地市进入雨季，厄尔尼诺现象加强了空气对流的活动，使得3月份郴州地区雷电活动异常频繁，落雷数占全省总落雷数的比重将近1/4，4月后比例有所降低，但仍然维持在10%～20%。从落雷数所占比例与2015年的对比情况上看，2016年3—8月郴州地区的落雷占全省总落雷的比例要高于2015年同期平均约7.44%，最高超过17%。由此可知，厄尔尼诺现象对郴州地区雷电活动的影响要强于全省平均值。

3 前/后汛期雷电发展时空规律

2016年共经历13起较为大型的强对流雷暴天气。其中，前汛期发生 6起，共落雷 40 332次，占全年落雷次数的41.74%；后汛期7起，共落雷27 182次，占全年总落雷次数的28.13%。前汛期发生强对流天气的落雷强度和频度要远大于后汛期。

图3所示为3月20日华南地区雷电发展的时空分布图，由图3可知，3月20日12:00～15:00时，雷暴主要分布于贵州中东部至湘西一带，16:00～19:00时，雷暴向东南方向发展，主要分布于湘中一带，20:00～22:00时继续向南发展，到22:00达到最高峰，主要分布贵州南部至广西北部、湖南南部一带。其余5次强雷暴活动时空分布均呈现出由北向南或者由南向北发展的特征。

图4为7月17日的雷电发展时空分布图，由图4可知，此次雷暴主要呈现出东西方向发展的特征，以北纬约29°为界，29°以南方向的雷暴主要是至东向西发展，以北方向的雷暴主要由西向东发展，最后于湖南中东部、东南部达到最高峰。

图5所示为8月26日的雷电发展时空分布图，此次雷暴活动起始于湖南中部地区，并呈现出了向东南、西部发展的两个趋势。

图3 3月20日华南地区雷电发展时空分布图

图4 7月17日华南地区雷电发展时空分布图

图5 8月26日华南地区雷电发展时空分布图

综上所述，受华南地区季风和气候特征的影响，每年3—5月的前汛期，受南北冷暖空气锋面的影响，雷暴活动主要表现为至南向北或至北向南方向发展的特征；6月中、下旬至8月底为后汛期，受两支水汽输送通道的影响，雷暴活动的发展主要表现为东西方向。此次厄尔尼诺现象主要对前汛期的雷暴活动影响较大，加强前汛期华南地区上空空气的对流，从而使得前汛期雷暴活动较往年更为频繁。因此，基于华南地区雷暴的发展规律，相关部门可提出相应的雷暴预警，并做好充分准备，应对雷击造成的电网故障。

4 雷电流幅值概率分布曲线分析

雷电流幅值概率分布函数是表征地区雷电活动强弱的重要参数，高幅值雷电流占比越大，表明雷电强度越大〔16－19〕。 国内外研究结果表明， 雷电流幅值副值概率分布函数符合统计规律，它与气象、自然条件等因素有关〔20〕。2016年1—9月共统计郴州境内落雷96 622次，正/负地闪比为1∶3.99。根据郴州地区雨季的气候特征，分别统计前汛期和后汛期雷电流副值概率密度分布情况如图6所示:

图6 郴州地区前/后汛期正、负雷电流幅值概率分布情况对比

图6 中统计前汛期落雷52 579次，其中负值雷电流41 746次，正值雷电流10 833次，比例为3.85∶1；后汛期落雷42 411次，负值雷电流34 081次，正值雷电流8 330次，比例为4.09∶1。从前汛期和后汛期负地闪密度分布数据上看，前汛期的负地闪雷电流幅值为0～30 kA的雷电流所占比例要高于后汛期，特别是幅值为10～20 kA的落雷，超过后汛期15%左右，幅值30 kA以上的雷电流所占比例要低于后汛期。前汛期的正地闪雷电流幅值为0～20 kA的雷电流所占比例要高于后汛期，幅值30 kA以上的雷电流所占比例要低于后汛期。说明前汛期小幅值雷电流较后汛期多，前汛期的雷云对地放电更容易。

图7为2016年1—9月份正/负地闪与近5年数据的对比情况。

图7 郴州历年正、负雷电流幅值概率密度分布情况对比

由图7可知，2016年幅值为0～30 kV的负值落雷比例要高于近5年的平均值，20 kV以上的雷电流所占比例要低于近5年平均值，正值雷电流落雷比例与之类似。2016年受厄尔尼诺现象的影响，使得郴州地区前汛期的落雷较往年有大幅增长，导致雷电流副值概率曲线发生变化，小幅值雷电流所占比例大幅增加。前汛期落雷密度大，但幅值偏小，对于电压等级为10～35 kV的低压配电线路的威胁大；后汛期高幅值雷电流所占比例高，对于电压等级在110 kV以上的输电线路威胁大。

5 电网防雷讨论

雷电活动分布规律是电网防雷管理措施和技术措施制定的重要依据。首先，在正常情况下，郴州地区后汛期的落雷频次要多于前汛期，受厄尔尼诺影响，2016年前汛期的落雷次数较往年有大幅增加，根据此经验积累，今后发生超强厄尔尼诺必将对郴州地区降雨和雷暴活动产生影响，相关部门可提前制定相关设备的防护方案，加强线路运维和隐患排查，减少造成大面积雷击跳闸导致的设备损坏事故。其次，根据前汛期雷暴活动南北发展和后汛期东西发展的规律，可对郴州地区的雷暴活动进行提前预报和预警，为电网设备运维管理单位在人员配置和巡视方案的制定方面提供依据。最后，前、后汛期在雷电流幅值概率分布上存在较大差异，后汛期高幅值雷电流所占比例大，对电网设备特别是更高电压等级输电线路的威胁更大。

6 结论

根据本文分析，可以得到以下几点结论:

1)此次厄尔尼诺现象使赤道中东太平洋对流活动加强，气流北上与停留在我国华南地区的干冷空气形成强对流，对郴州前汛期降雨和雷暴影响较大，2016年3—5月份郴州地区的落雷数要远高于近5年的落雷水平。

2)前汛期华南地区雷暴时空分布呈现出明显的南北方向发展的特征，后汛期主要呈现出东西方向发展的特征。郴州地区共经历13次较大的强对流天气，前汛期6次，后汛期7次，且强汛期强对流天气落雷密度更大。

3)前汛期的雷电流幅值要相对于后汛期小，厄尔尼诺现象使前汛期的落雷大幅增加，导致2016年1—9月份，幅值为0～30 kV的雷电流所占比例要高于近5年来的平均值，对郴州地区的雷电流副值概率分布变化产生了影响。

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Analysis of Thunderstorm Activity in Chenzhou under the Super El Nino Phenomenon from 2015 to 2016

HE Changxiong1，TANG Jun1，YAO Zirui2
(1.State Grid Hunan Electric Power Corporation Chenzhou Power Supply Company，Chenzhou 423000，China；(2.College of Electric Power，South China University of Technology，Guangzhou 510640，China)

In order to analyze the distribution characteristics ofthunderstorms in Chenzhou area under the El Niño phenomenon，the monthly trend of the flash frequency in Chenzhou area and the development trend of the severe convective weather thunderstorm process in the pre and post-flood season are summarized with the samples of the lightning location data in the past five years.This paper analyzes the characteristics of the probability distribution of the lightning current amplitude during the pre/post flood season in Chenzhou under the El Nino Phenomenon in 2016.The results show thatthe El Niño phenomenon has a great impact on the thunderstorms in the pre-flood season，and the thunderstorms in the previous flood season have increased significantly and surpassed that of previous years.The research shows that the El Nino Phenomenon has a great impact on the thunderstorms in pre-flood season and makes a significant increase of the pre-flood season thunderbolt number even and surpassed that of previous years.

El Nino；thunderstorm activity；pre flood season；second flood season

TM863

:B

:1008-0198(2017)02-0033-04

10.3969/j.issn.1008-0198.2017.02.008

2016-10-28 改回日期:2016-12-07