2009—2018年荆门市闪电时空分布特征分析

2020-05-19何欢赵碧云何盛浩李鑫

农业灾害研究 2020年2期

何欢赵碧云何盛浩李鑫

摘要利用湖北省二维闪电定位系统2009—2018年的云地闪电资料，分析了荆门市闪电时空分布特征。结果表明：荆门市云地闪以负闪为主，占93.35%，平均电流强度正闪明显高于负闪;闪电活动主要集中在7—8月和13：00—02：00时段内，负、正闪次数的比值在全年和全天存在明显差异;十年间荆门市闪电活动呈现显著逐年下降趋势，电流强度有逐年小幅上升的趋势;闪电密度空间分布呈西北至东南走向逐渐减小的特征。

关键词闪电;时空分布;荆门

中图分类号：P427.32 文献标识码：A 文章编号：2095-3305（2020）02-052-04

DOI： 10.19383/j.cnki.nyzhyj.2020.02.021

Temporal and Spatial Distribution of Lightning in Jingmen between 2009 and 2018

HE Huan et al（Jingmen Meteorological Service，Jingmen，Hubei 448000）

Abstract The temporal and spatial distribution of lightning in Jingmen were analyzed with the data from the 2D lightning detection and location system of Hubei Province between 2009 and 2018. The results showed that，major cloud to ground lightning in Jingmen was negative with a proportion of 93.35%，but the average current intensity of positive lightning was obviously higher than negative. Lightning concentrated on July to August and 1 p.m. to 2 a.m. daily. There were large differences with the ratio of negative and positive lightning in the daily and all the year round. Lightning in Jingmen markedly declining while the current intensity slightly rising year by year in the 10 years. The spatial distribution of lightning density showed a character of reduction from the northwest to southeast.

Key words Lightning;Temporal and spatial distribution;Jingmen

云对地间的闪电对国民经济建设有较大的危害，常对地面建筑物或其他设施造成雷电灾害，甚至人员伤亡[1]。随着社会经济的发展，闪电所造成的损失日趋严重。目前国内气象工作者[1-5]对全国各地区雷电气候特征研究较多。然而闪电的区域特征非常明显，荆门市整体闪电时空分布特征如何，与其他区域分布特征有无异同，尚不知晓。为此，文中利用布设在荆门及其周边地区的二维闪电定位仪组成的联合闪电监测定位系统获得的闪电资料，对荆门市云地闪电资料进行统计分析，旨在进一步揭示荆门市云地闪电时空分布特征，以期为今后更好地开展雷电监测预警、雷电灾害防御提供参考依据。

1 资料来源与统计方法

1.1 资料来源

湖北省ADTD雷电定位系统于2006年建成，包含13个雷击探测子站[6]，该系统是由中科院空间科学与应用研究中心研制，主要用于探测云地闪，单站探测范围约为150 km，组网后网内理论定位精度优于300 m，雷电流幅值和波头陡度值采用多站信号强度归一化（100 km）处理方法[7-8]，该系统从投入业务运行至今实际运行性能良好。图1可见荆门市本地及其周边均布设有子站，不存在边缘地区，闪电理论探测效率高，数据质量好，为准确的统计分析奠定了基础。文中采用2009—2018年ADTD云地闪闪电资料，每个闪电资料包括闪电时间、地理经纬度、极性和闪电峰值电流强度这4个主要参数。

1.2 统计方法

统计分析时，先将雷电流强度绝对值大于500 kA的异常闪电资料剔除[2];依据荆门市的行政边界，统计边界内1 d中不同时段正负闪电发生的累计次数和平均强度（如01时表示01：00—01：59），统计边界内一年中不同月份正负闪电发生的累计次数和平均强度;将荆门市及其周边区域划分为0.2°×0.2°网格，统计每个网格点上正、负闪电的累计次数，与网格面积的比值制作单位面积的年均闪电密度分布图。

2 结果与分析

2009—2018年荆门市行政区域内共监测到云地间闪电235 763次，其中负闪220 079次，平均强度-34.7 kA，占闪电总数的93.35%;正闪15 684次，平均强度46.2 kA，占闪电总数的6.65%，与其他学者统计数据基本相似。由于正、负闪比例具有一定的南北分布差异[3-5]，其中负闪占比很高的主要原因是大多数积雨云上部带正电荷，云体下部带负电荷，因此，云层与地面之间的放电绝大多数为负闪电，导致负闪占绝对优势[9]。

2.1 日变化

荆门市行政区域内正、负闪次数和强度日变化趋势如图2a、b所示，负闪和正闪变化趋势基本一致，呈现单峰型结构，主要发生在13：00—02：00时段内，午后至上半夜次数明显较多，下半夜至上午显著减少，一日中08：00—11：00时闪电发生达到谷底。其中17时在10年间总闪电次数为17 411次，達到顶峰，也就是午后触发热对流后，发展到此时，达到最为旺盛的阶段;同时还注意到，02时也出现了相对的1个小高峰，此后闪电发展就急剧衰减。

另外，负、正闪日变化存在一定差异。从图2c可见，两者次数的比值也呈现出单峰型结构，13：00—17：00比值最高，其中14时为波峰，是正闪的21.9倍，这一日变化趋势与一般的气温日变化较类似，即气温相对较低的夜间至上午时段，比值低，气温相对较高的下午，比值高，造成这一现象的原因可能是午后能量充足，热对流发展较其他时更为段旺盛，云砧发展较高，带正电的云顶部距离地面更远，更不易发生闪电，加之此时较强的雷暴云云底则更多的出现负闪，使比值偏高。从图2d可见，两者电流强度存在明显不同，正闪强度在24个时次均大于负闪强度;负闪强度趋势变化不明显，正闪强度略有变化，最大出现在9时，为64.1 kA。

2.2 月变化

图3a、b给出了1—12月闪电频次变化曲线。因夏季能量充足，热对流发生频繁，闪电频次在7—8月最多，总共达到174 845次，占闪电总次数的74.2%;1、12月最不易发生闪电;另外注意到在4、11月分别出现了小峰值，这2个月分别对应着季节转换的月份，冷暖交汇也易发生闪电活动。因1、12月闪电次数很少，不具有统计学意义，图3c、d给出2—11月负正闪次数比值和平均强度变化曲线。由图3c可见气温较高的6、7、8月比值在高，负闪占比更大，但是2、11月也是相对高点，这2个月气温较低，和前文日变化有区别的原因可能是冬季发生的闪电一般为高架雷暴产生，雷暴云距离地面更高，导致正闪电发生数占比降低;由图3d可见，负闪各月变化幅度不大;除9月电流强度负闪（42.3 kA）略大于正闪（41.8 kA）外，其余各月正闪都显著偏大，2、3月正闪电流最大，分别为61.7、64.5 kA。

2.3 年变化

由图4a、b可见，负闪次数呈现明显的逐年下降趋势，且变化幅度大;而正闪变化区间为891～2 311次，变化幅度相对较小。2009—2018年，荆门市闪电最为活跃的年份为2010年，总闪电次数达到52 270次，最不活跃年份为2017年，仅6 536次，2年相差近8倍，年际变化幅度非常大（图4c）;同前文一致，正闪电流强度明显大于负闪，另外，两者的年平均电流强度有逐年小幅度上升的趋势（图4d）。

2.4 空间分布

闪电密度分布相较于雷电日统计更加科学、合理，是指每年每平方千米的面积上发生闪电的次数[10]，文中统计数据为云地闪电，即每年每平方千米的面积上雷击大地的次数。

根据统计荆门市闪电分布不均，变化幅度较大，在1～4次/km2·年之间变化，极大值区出现在荆门市西北部的东宝区漳河水库西部及马河镇附近，达到3～4次/km2·年，其次是荆门市西北部和北部的大洪山区域，为2.5～3.0次/km2·年，然后总体呈西北至东南走向逐渐减小，荆门市东南部行政区边缘为最小值区域，为1.0～1.5次/km2·年（图5a），总体来说山地区域较平原区域闪电密度更大;因为负闪占总闪比例高，负闪密度分布图与总闪基本一致;正闪密度分布图与负闪差异较为明显，其分布变化幅度较小，极大值区主要位于荆门市西部至西南部区域，为0.15～0.20次/km2·年，荆门市东部为小值区，为0.05～0.10次/km2·年（图5b）。

3 结论

基于2009—2018年的二维闪电定位系统云地闪电资料，分析荆门市闪电时空分布特征，所得结论如下：

（1）荆门市云地闪以负闪为主，占93.35%，平均电流强度正闪明显高于负闪。

（2）负闪和正闪日、月变化趋势基本一致，呈现单峰型结构，主要发生在13：00—02：00和7—8月;负闪与正闪比值也存在日、月变化，13：00—17：00和2、6、7、8、11月负闪占比较高。

（3）正闪活动年际变化幅度不大，负闪电活动呈现显著逐年下降趋势，正、负闪电流强度有逐年小幅上升的趋势。

（4）闪电密度空间分布呈西北至东南走向逐渐减小的特征，大值区位于荆门市西北部，达到2.5～4.0次/km2·年，荆门市东南部行政区边缘是小值区域，为1.0～1.5次/km2·年;正闪密度分布图与正负闪差异较为明显，整体变化幅度较小，大值区主要位于荆门市西部至西南部区域，东部为小值区。

参考文献

[1] 王学良，刘学春，黄小彦，等.湖北地区云地闪电时空分布特征分析[J].气象，2010，36（10）：91-96.

[2] 成勤，王学良，肖稳安，等.我国中部五省云地闪电时空分布特征分析[J].暴雨灾害，2011，30（3）：254-259.

[3] 陶祖钰，赵昕奕.京津冀地区闪电的气候分析[J].气象学报，1993，51（3）：325-332.

[4] 冯桂力，陈文选，刘诗军.山东地区闪电的特征分析[J].应用气象学报，2002，13（3）：347-354.

[5] 张敏锋，刘欣生，张义军.广东地区雷电活动的气候分布特征[J].热带气象学报，2000，16（1）：46-53.