湖北黃岡地區(qū)2006—2011年閃電時空分布特征

王 慧，王沛濤，高玉龍

（1.黃岡市氣象局，湖北 黃岡438000；2.邯鄲市氣象局，河北 邯鄲056000）

閃電通常發(fā)生于對流天氣過程中，因經(jīng)常伴隨著瞬間強放電現(xiàn)象，極易造成建筑物、電力電子設備、家用電器損毀，甚至人身傷害。因此，分析閃電的時空分布特征可以有效地指導雷電防御工作。黃岡市位于湖北省東部，其北部處于大別山脈地區(qū)，南部位于長江中游北岸，是湖北省受雷擊災害較重的地區(qū)[1]。據(jù)不完全統(tǒng)計，黃岡地區(qū)每年都發(fā)生因雷電造成的人員傷亡事件，并直接造成不同程度的經(jīng)濟損失。隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展和城市化進程的加快，雷電造成的災害損失已呈明顯上升趨勢，雷電災害已被公認為最嚴重的10種自然災害之一。近年來，隨著閃電定位系統(tǒng)的大量安裝，已經(jīng)能夠精確探測到閃電發(fā)生的時間、地點、電流強度與極性等詳細參數(shù)數(shù)據(jù)，利用這些數(shù)據(jù)可以有效研究閃電的分布規(guī)律、強度等各類特征。國內許多學者應用閃電定位資料對閃電的時空分布特征等進行了深入細致的研究工作[2-8]。如王學良等[2－3]利用湖北省13個站的閃電定位資料對湖北地區(qū)閃電的時空變化進行了分析研究；成勤等[4]利用我國中部5省52個站的閃電定位資料對5省區(qū)域閃電的時空變化進行了分析研究；焦雪等[5]、馮民學等[6]利用電閃資料對江蘇省閃電的日變化、年變化、電流強度、密度等進行了分析；馮桂力等[7]、張文煜等[8]分別利用5站和13站的閃電定位資料研究了山東地區(qū)的雷電分布特征。本文利用湖北省13個站ADTD型雷電探測系統(tǒng)提供的探測資料,針對黃岡地區(qū)的閃電活動進行分析，研究其分布規(guī)律和特征，為本地雷電防御、風險評估工作等提供參考依據(jù)。

1 資料和分析方法

閃電資料來源于設置在湖北省的13個ADTD閃電定位儀探測資料，包括閃電發(fā)生時間、地理位置（經(jīng)、緯度）、閃電電流強度、極性（正、負閃電)、雷電流波頭陡度等主要參數(shù)。采用2006—2011年探測到的閃電資料,提取出現(xiàn)在黃岡市所屬行政區(qū)域內閃電資料，統(tǒng)計分析正、負閃電次數(shù)、電流平均強度及其所占閃電總數(shù)的百分比。按北京時整點時段00—01、01—02、……、22—23、23—00 統(tǒng)計每日逐小時內閃電次數(shù)，用以分析閃電的日變化特征。統(tǒng)計6 a逐月的平均閃電次數(shù)，分析閃電的年變化特征。將閃電電流強度值≤300 kA的閃電，按照10 kA間隔分成30段，分別統(tǒng)計各閃電強度段內的閃電次數(shù)及其占閃電總數(shù)的百分比，并統(tǒng)計各個閃電強度段的累積頻率，分析閃電強度的分布特征。選取地理范圍 114～117°E、29～32°N 的方形區(qū)域，分析黃岡地區(qū)的閃電空間分布特征，按照0.05°間隔分為60×60的方形網(wǎng)格（約25 km2），統(tǒng)計每個網(wǎng)格內出現(xiàn)的正、負閃電及總閃次數(shù)（閃電密度：每平方千米閃電次數(shù)），通過分析等密度線來確定閃電的空間分布特征。用相同的方法繪制逐月的閃電密度分布圖，分析閃電在一年中各月的空間分布變化。

2 結果與分析

2.1 閃電的總體特征

2006—2011年發(fā)生在黃岡行政區(qū)域內的閃電總體特征見表1。總閃電次數(shù)為338 968次，其中負閃電次數(shù)為330 136次，占總閃電數(shù)的97.4%，正閃電次數(shù)為8 832次，占總閃電數(shù)的2.6%，正負閃電出現(xiàn)次數(shù)的比例為1:37.4，正閃出現(xiàn)的百分比與王學良、焦雪等[2-4]的分析少1%之多。負閃電平均電流強度為37.59 kA，正閃電的平均電流強度為47.39 kA，正閃電高于負閃電約10 kA，正、負閃電的最大電流強度分別為415.9 kA、530.2 kA。負閃明顯偏多的原因是閃電大多發(fā)生于對流性天氣過程中，而對流云團中正電荷主要聚集在云體的上部，負電荷主要聚集在云體的下部，致使云體與地面之間更易發(fā)生負閃。由于負閃電占有絕對的多數(shù)，因此總閃電和負閃電的分布特征基本上是一致的。

表1 2006—2011年黃岡地區(qū)閃電總體特征

2.2 閃電頻次的日變化

統(tǒng)計2006—2011年黃岡地區(qū)6 a逐小時的平均正、負閃電總次數(shù)，分析本地閃電頻次日變化（圖1）。從圖1中可知，黃岡地區(qū)負閃電頻次的日變化基本呈雙峰值型，峰值分別出現(xiàn)在午后16時與傍晚的19時，另在早晨06時有一微弱的峰值。正閃電頻次的日變化較為平穩(wěn)，在18—19時有微弱峰值出現(xiàn)，每小時閃電次數(shù)在90余次。每日的14時至20時是閃電多發(fā)時段，每小時閃電次數(shù)均在3 600次以上，占每日總數(shù)的54.2%；每日23時至05時是閃電發(fā)生相對較少時段，僅占每日總數(shù)的15.7%。出現(xiàn)在16時與19時的兩個最大峰值分別達每小時4 960、4 725次。這個時間段與黃岡地區(qū)午后到傍晚多對流性雷雨天氣的氣候特征一致。因此，每日14—20時是黃岡地區(qū)雷電天氣的多發(fā)時段，也是雷電防御的關鍵時段。

2.3 閃電頻次的年變化

統(tǒng)計2006—2011年黃岡地區(qū)6 a逐月平均正、負閃電的總次數(shù)，如圖2。黃岡地區(qū)閃電頻次的年變化呈明顯的單峰值型，正、負閃電的峰值均出現(xiàn)在7月，年平均次數(shù)分別為381和21 000次。每年4—9月是閃電集中發(fā)生期，年平均發(fā)生53 467次，占全年閃電總數(shù)的94.6%。每年10月—次年3月閃電發(fā)生很少，僅占全年閃電總數(shù)的5.4%。夏季的6—8月份是閃電發(fā)生的相對集中期，年平均發(fā)生47 232次，占全年總數(shù)的83.6%。黃岡地區(qū)1—7月閃電次數(shù)逐月增加，8—12月份閃電次數(shù)逐月減少，7—8月是閃電發(fā)生的高峰期。黃岡地區(qū)閃電頻次的年變化與湖北省的閃電頻次年變化基本一致[2-3]。6月下旬—7月中上旬是黃岡地區(qū)梅雨期的降水集中時段，這期間是暴雨及強對流性天氣的頻繁發(fā)生期，常伴有雷電出現(xiàn)，到7月下旬—8月基本處于副熱帶高壓邊緣，局地雷雨天氣較多。閃電頻次的年變化與黃岡地區(qū)本地的天氣氣候特征完全吻合。每年夏季的6—8月是黃岡地區(qū)雷電防御的關鍵季節(jié)。

2.4 閃電電流強度分布特征

對閃電電流強度值按照10 kA的單位間隔，分別統(tǒng)計正、負閃電各段電流強度值出現(xiàn)頻次的百分率，分析各段電流強度值的分布特征（圖3）。從圖3分析可知，正、負閃電電流強度在0～60 kA內的分布較為一致，電流強度在30 kA以下時，閃電頻次百分率隨其強度的增加而增加；在30 kA以上時，閃電頻次百分率隨其強度的增加而減少。正、負閃電最大峰值均出現(xiàn)在20～30 kA之間，分別為26.1%和31.1%。當電流強度大于60 kA時，正閃電百分率明顯高于負閃電百分率。在60～100 kA之間電流強度分布，正、負閃電分別占15.5%、8.5%，而大于100 kA閃電強度的正、負閃電分別占8.2%、0.5%，正閃是負閃的16倍之多。分析結果表明，閃電電流強度值主要集中在10～60 kA之間，總閃占其總數(shù)的89.1%，其中負閃電占其總數(shù)的89.5%，正閃電占其總數(shù)的75.8%，二者之間有14%的差異。因此，對于10～60 kA范圍閃電強度值，在本地雷電防護工程設計、雷電風險評估工作中應予重點考慮。

2.5 閃電密度的空間分布特征

2.5.1 年閃電密度的地理分布特征

黃岡地區(qū)的正、負閃電密度分布特征基本一致（圖4）。閃電高密度區(qū)域位于黃岡中部的黃州、團風、浠水、羅田南部、蘄春沿江附近及紅安中南部等地帶，其中負閃密度值普遍在80以上，兩個密度高值中心分布在黃州、浠水的沿江地帶和團風的北端，最大中心值在160以上；正閃密度值普遍在2～4，僅有極少部分地區(qū)密度值在4～6次。黃梅、英山北部、羅田東北部與麻城中部的部分地區(qū)閃電發(fā)生次數(shù)相對較少，負閃密度值普遍為20～40，有少部分地區(qū)最小值在20次以下，正閃密度值普遍在1～2次。

2.5.2 閃電密度的季節(jié)分布特征

黃岡地區(qū)平均每年4—9月發(fā)生的閃電次數(shù)占全年閃電總數(shù)的94.6%，4—9月閃電密度分布可以反映出全年各月的密度分布特征（圖5）。由圖可知，黃岡地區(qū)4—5月大部分區(qū)域閃電密度在5以下（圖5a、圖b），4月浠水、團風、紅安北部、麻城南部有5～10次的零散區(qū)域；5月在黃州、團風、浠水大部及羅田西南、紅安中部有成片區(qū)域在5～10次之間，其中黃州東部、浠水北部有20次以上的中心區(qū)；6月閃電活動增加明顯（圖5c），大部區(qū)域閃電密度在5以上，在團風、浠水北部與麻城、羅田南部的交界區(qū)域有20的高密度區(qū)，密度高值中心在團風北部，達到80。

每年7—8月是黃岡地區(qū)閃電活動的最強盛期，大部分區(qū)域閃電密度在20以上（圖5d、圖e），閃電密度高值區(qū)主要分布在黃岡地區(qū)中部。7月閃電密度在40次以上的區(qū)域在黃州、團風、浠水、羅田南部及紅安的中部與南部地帶，在黃州、浠水長江沿岸有兩個密度高值中心，最大中心值在80次以上；8月閃電活動開始減少，特別是黃州、浠水明顯減少，其密度分布特征與7月大體相當，40以上區(qū)域明顯減小，有零散的小區(qū)域在60次以上。

9月（圖5f），黃岡地區(qū)的閃電活動迅速減少，大部區(qū)域閃電密度在5次以下，紅安中部為無閃電區(qū)域。在羅田南部與麻城、英山交界處及武穴東部、黃梅北部交界處有成片5次以上的區(qū)域，另在浠水、蘄春有零散的小區(qū)域出現(xiàn)。

3 結論

（1）黃岡地區(qū)閃電以負閃為主，占總閃數(shù)的97%以上；正閃平均強度為47.39 kA，負閃平均強度37.59 kA，正閃高于負閃約10kA；正閃的最大強度415.9 kA，負閃為530.2 kA。

（2）閃電頻次的日變化呈雙峰值型，峰值分別出現(xiàn)在午后16時與傍晚的19時，年平均1小時為4 960次和4 725次；最多時段在14—20時，占每日總數(shù)54.2%，較少時段在23—05時，占日總數(shù)的15.7%。

（3）閃電頻次的年變化呈明顯的單峰值型；夏季是閃電活動的最活躍期,6—8月閃電占全年總數(shù)的83.6%；夏半年4—9月占全年總閃電的94.6%；冬半年閃電很少，10月至次年3月僅占全年總閃電的5.4%。

（4）閃電電流強度值主要集中在10～60 kV之間，總閃占其總數(shù)的89.1%，其中負閃電占其總數(shù)的89.5%，正閃電占其總數(shù)的75.8%；閃電強度大于100 kA時，正閃明顯多于負閃，是負閃的16倍之多。

（5）閃電密度高值區(qū)主要分布在黃岡中部地區(qū)，年平均負閃密度值普遍在80次/（25 km2·a）以上，正閃密度值在2～4次/（25 km2·a）之間；6月的高密度區(qū)偏北，在團風北部有一個80次/（25 km2·a）以上的高密度中心，7月的高密度區(qū)南移，在黃州、浠水的長江沿岸地帶各有一個80次/（25 km2·a）以上的高密度中心。

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