云南省地震活動與雷電活動時空對比分析

胡 穎，殷 嫻，周清倩，王淞怡

(1.云南省氣象災(zāi)害防御技術(shù)中心，云南 昆明 650034;2.云南省人工影響天氣中心，云南 昆明 650034)

云南省地震活動與雷電活動時空對比分析

胡 穎1，殷 嫻1，周清倩1，王淞怡2

(1.云南省氣象災(zāi)害防御技術(shù)中心，云南 昆明 650034;2.云南省人工影響天氣中心，云南 昆明 650034)

該文利用2011—2015年云南省地閃資料及1900—2013年云南省地震活動資料，通過對雷電活動的年分布、月分布、日分布以及密度空間分布和雷電活動強度分布的分析，與地震活動的時間分布、空間分布進行對比。利用ArcGIS軟件作出1900—2013年全省地震與年平均地閃密度、正負閃強度疊加圖和6級以上強震與年平均地閃密度、正負閃強度疊加圖，找出地震活動高發(fā)區(qū)的雷電活動分布規(guī)律，為防災(zāi)減災(zāi)工作提供理論依據(jù)。

地震活動；雷電活動；地閃資料；時空分布；對比分析

Abstract：This article applied the datum of CG lightning of Yunnan during 2011 to 2015 and seismic activities of Yunnan during 1900 to 2013.Analyzed the thunder and lightning activities of years,months and days distribution,density distribution in space and intensity distribution then made a comparison with the seismic activities of time distribution and spatial distribution.With the help of ArcGIS software,made the stacking chart of the whole province earthquake during 1900 to 2013,annual average lightning density and positive and negative lightning intensity,and another stacking chart of magnitude 6.0 or over earthquake,annual average lightning density and positive and negative lightning intensity.Finding the distribution regularities of thunder and lightning in frequent earthquake area so as to provide theoretical foundations on disaster prevention and mitigation.

Keywords：seismic activity;thunder and lightning activity;CG lightning of Yunnan;time-space distribution;comparison analysis

1 引言

云南處于全球活動性最強的印度洋板塊與歐亞板塊碰撞帶邊緣的東側(cè)，地殼運動劇烈,地震活動頻度高、震級大、分布廣[1]。云南省土地面積僅占我國國土的4%，卻承受全國破壞性地震平均量的20%，可能發(fā)生破壞性地震的地區(qū)約占全省土地面積的84%，是我國地震最多、震災(zāi)最重的省份之一。20世紀以來，云南造成千人以上死亡的地震有4次[2]：1917年大關(guān)6.8級地震死亡1 803人，1925年大理7級地震死亡5 800人，1970年通海7.8級地震死亡15 621人，1974年大關(guān)7.1級地震死亡1 423人。2014年 8月3日16時30分在云南省昭通市魯?shù)榭h發(fā)生6.5級地震，震源深度12 km。由于震級大、震源淺、災(zāi)區(qū)人口密集和災(zāi)區(qū)房屋抗震性能差，導致數(shù)千人死傷。

地震重災(zāi)區(qū)大多集中在農(nóng)村及偏遠山區(qū)[3]，這些地區(qū)雷電災(zāi)害多發(fā)，群眾防雷知識匱乏，防雷避險意識和應(yīng)變能力弱。地震發(fā)生后，根據(jù)救援的需要，大多選擇在山坳空地和周圍有高大構(gòu)筑物、大樹的地方搭建臨時安置點和過渡板房，安置災(zāi)民用的過渡板房以鋼架結(jié)構(gòu)做成的帳篷或活動板房為主，雷雨天氣來臨時，這種建在空曠地帶的鋼架結(jié)構(gòu)過渡板房如果沒有采取防雷保護措施，極易造成雷電災(zāi)害的發(fā)生[4-6]。

目前國內(nèi)外大量學者利用氣象站站點資料以及逐年雷暴日數(shù)進行分析處理，對于雷暴活動特征做了大量研究，發(fā)現(xiàn)了雷電發(fā)生的主要時間、頻數(shù)以及地域分布規(guī)律[7、8]。尹麗云等[9、10]利用雷暴日資料對云南雷暴活動進行時空變化的分析，但由于雷暴日資料的局限性，與實際雷電活動發(fā)生規(guī)律有一定誤差。近年來大部分地區(qū)都增加了閃電定位網(wǎng)，通過雷電監(jiān)測定位資料對地閃時空特征進行更為準確的分析，程麗丹[11]等利用ADTD雷電探測系統(tǒng)2006—2010年的地閃資料對河南省雷電活動的總體特征、密度分布、地閃頻次的月變化、地閃頻次的日變化及地閃分布特征了研究分析。張鴻發(fā)[12]等利用TRMM衛(wèi)星資料分析發(fā)現(xiàn)，中國陸地區(qū)雷暴活動主要發(fā)生于7、 8月，11月—次年2月發(fā)生的雷暴活動很少,僅占年總雷暴活動的0.4%以下，同時發(fā)現(xiàn)雷暴活動主要發(fā)生在傍晚的特點。本文通過分析云南省地震活動及雷電活動的時空分布特征并進行對比，找出地震高發(fā)區(qū)雷電活動分布特征，可為防雷減災(zāi)應(yīng)急方案的制定、地震災(zāi)區(qū)過渡安置房的規(guī)劃和建設(shè)提供科學合理的意見，從而總體上提高地震高發(fā)區(qū)雷電災(zāi)害的防御能力，對今后災(zāi)區(qū)應(yīng)急救援工作的順利開展具有重要意義。

2 云南省雷電活動時空分布特征

本文統(tǒng)計了云南省2011—2015年的地閃資料，首先對數(shù)據(jù)進行預處理，剔除異常數(shù)據(jù)，如強度為0的地閃記錄、經(jīng)緯度不在云南省境內(nèi)的地閃記錄等。將各年數(shù)據(jù)分別按次數(shù)和強度逐月、逐時進行統(tǒng)計，按10 km×10 km進行格點化處理，并計算5 a平均值，最后根據(jù)數(shù)據(jù)計算結(jié)果利用ArcGIS軟件中Kriging法插值成柵格數(shù)據(jù)并生成云南省地震活動與雷電活動時空分布疊加圖[13]。

2.1 雷電活動時間分布

根據(jù)地閃資料的統(tǒng)計結(jié)果，2013年雷電活動最為頻繁，全年地閃發(fā)生721 632次，2015年雷電活動相對較少，僅為416 620次，最多與最少年份相差達30萬次左右，這與每年氣候的差異性有關(guān)。地閃活動以負地閃為主，每年的正地閃次數(shù)都在5萬次以下，這與雷云放電時的電荷極性有關(guān)。

5月過后地閃活動開始頻繁，6、7、8月年平均地閃次數(shù)約占全年總地閃次數(shù)的65.21%。秋季地閃活動開始減少， 9月過后迅速減少。10—12月的年平均地閃次數(shù)僅占總次數(shù)的0.68%。8月年平均地閃次數(shù)出現(xiàn)最大值，約為19.6萬次，占總次數(shù)的32.33%。其中2012年、2013年8月的地閃次數(shù)明顯高于其它年份同期值。50 kA以上正地閃次數(shù)在3月、6月、8月較高。50 kA以上負地閃集中分布在6—9月，8月達到最大值。而正、負地閃強度峰值均出現(xiàn)在1月，3月、12月強度次之，有較好的一致性。夏季雷電活動頻繁，但強度相對較小。冬季向春季過渡期，對流活動開始逐漸旺盛，雖然次數(shù)不高，但強度很大。強雷擊更易引發(fā)雷電災(zāi)害，且1月、3月空氣干燥，更易引發(fā)火災(zāi)、爆炸等危害，更應(yīng)加強雷電防護。總體來說，50 kA以上正地閃強度在80～100 kA之前，明顯高于負地閃強度。

各年的地閃日分布有較好的一致性，地閃活動的高峰時段在下午15—20時，其中16—18時最為頻繁。晚間21時—次日02時出現(xiàn)地閃活動次高峰期。地閃低谷時段為08—12時,谷值出現(xiàn)在09—10時，印證了張鴻發(fā)[12]等人的研究結(jié)論。

2.2 雷電活動空間分布

昆明、楚雄東部、曲靖西南部、麗江東南部、普洱與紅河交界處雷電活動最為頻繁，平均地閃密度達5～7次/(km2·a)。迪慶、怒江、昭通雷電活動相對較少，只有0.01～1次/(km2·a)?？傮w來說雷電活動有隨緯度增加而遞減的趨勢，同緯度區(qū)域雷電活動有從東部向西部遞減的趨勢。

全省負閃強度相對平均，大部分區(qū)域在20～50 kA范圍內(nèi)。只有昭通、迪慶的負閃強度明顯高于全省其它地區(qū)，在70～100 kA范圍內(nèi)，昭通局部區(qū)域負閃強度達100 kA以上。而這兩個區(qū)域年平均地閃密度是全省最小區(qū)域，這也說明雷電活動頻繁區(qū)域地閃強度不一定大，而雷電活動偶爾發(fā)生區(qū)域一旦出現(xiàn)雷雨天氣都有可能伴隨強雷暴的發(fā)生，造成雷電災(zāi)害的可能性也較大。全省正閃強度高緯度地區(qū)明顯高于低緯度地區(qū)，其中昭通、楚雄、保山北部、麗江東部正閃強度相對較大，大部分區(qū)域在60～80 kA范圍內(nèi)。迪慶地區(qū)局部區(qū)域之間正閃強度差值較大，香格里拉縣部分區(qū)域正閃強度達80～100 KA，維西縣部分區(qū)域正閃強度只有0～20 kA。50%以上的負閃強度都集中在20～40 kA范圍內(nèi)，其余有20%左右在0～20 kA范圍內(nèi)，大于120 kA的僅占1.16%。而正閃強度值最集中區(qū)間也是20～40 KA范圍，但只占33.72%，其余有25.99%在40～60 kA范圍內(nèi)，而大于120 kA的占5.73%?？傮w上正閃平均強度與負閃平均強度相差20 kA左右。

3 云南省地震活動時空分布特征

根據(jù)云南省地震局提供的歷年地震資料，統(tǒng)計了全省1900—2013年4級以上的地震情況。云南5級地震為本底地震，似呈隨機分布。而6級以上的強震，則主要沿活動斷裂帶分布，尤其是沿有較強活動水平的深層斷裂帶分布。

3.1 地震活動時間分布

3.1.1 地震活動年分布 圖1為1900—2013年全省地震活動的年際分布圖，從圖中可看出，1921—1940年為一個地震活躍期，1961—2000年為另一個地震活躍期。1901—1960年間4～5級地震極少發(fā)生，以5～6級地震為主，1931—1940年在該活躍期內(nèi)地震最為頻繁，大于7級地震也集中發(fā)生在該時間段。1961—2013年間4～5級地震逐漸增多，但5～6級地震所占比重依然最大，1971—1980年在該活躍期內(nèi)地震最為頻繁，大于7級地震也集中發(fā)生在該時間段。

圖1 1900—2013年按震級劃分地震活動年分布圖Fig.1 Annual distribution of seismicity activity

3.1.2 地震活動月分布 圖2為1900—2013年全省地震活動的月分布圖，從圖中可看出，除了4月，地震活動在各月的分布相對平均，其中5—6月是一個高發(fā)期，10—11月是另一個高發(fā)期。6～7級地震在2月、5月、6月、10月、11月發(fā)生頻率較高，大于7級的強震主要發(fā)生在2月、5月和12月期間。

圖2 1900—2013年按震級劃分地震活動月分布圖Fig.2 Monthly distribution of seismicity activity

3.2 各州市地震活動次數(shù)分布

圖3為1900—2013年全省各州市發(fā)生的4級以上地震次數(shù)分布，從圖中可看出，保山市地震最為頻繁，累計有76次之多。其次為普洱市和楚雄市，普洱市累計地震次數(shù)64次，楚雄市為48次。其中大理州、麗江市、臨滄市、和昭通市的地震活動也較多，均在38次以上，玉溪市和紅河州為32次，地震活動發(fā)生頻率最低為文山，累計不到10次。

圖3 1900—2013年云南省各州市地震次數(shù)分布Fig.3 Seismicity activity frequency distribution of Yunnan Province

4 云南省地震活動與雷電活動時空分布對比分析

4.1 地震活動與雷電活動時間分布對比

圖4為地震次數(shù)與正、負閃次數(shù)月分布對比圖，從圖中可看出，地震月分布趨勢與正閃月分布有較強相似性，3月、6月、8月對應(yīng)正閃活動的3個峰值，這3個月的地震活動也較為頻繁。正閃一般強度較大，該時段更應(yīng)注意地震高發(fā)區(qū)的雷電防護。

圖4 地震與負閃次數(shù)月分布(a)，地震與正閃次數(shù)月分布(b)Fig.4 Monthly distribution of earthquake and negative lightning(a) Monthly distribution of earthquake and positive lightning(b)

圖5為各級地震次數(shù)與50 kA以上正、負閃平均強度月分布對比圖 。從圖中可看出1月、3月正、負閃平均強度相對較大，同時段的地震活動也較為頻繁。其中5～6級地震發(fā)生比例最大，各月均在40%以上。地震頻次在5、6月是高峰值期，達到48次，而正、負閃平均強度相對較低，這是由于從5月開始，雷電活動開始頻繁，50 kA以上負閃次數(shù)逐漸遞增，6月開始達到10 000次以上，雖然5、6月負地閃平均強度較低，但仍達到了70 kA以上，所以5—6月是地震活動和雷電活動的高發(fā)期。1月、3月、12月50 kA以上地閃次數(shù)較少，但強度較大，1月正地閃平均強度為97.34 kA，負地閃平均強度為92.20 kA，所以雖然1月、3月、12月的雷電活動較少，一旦發(fā)生，則強度較大，所以需做好應(yīng)急儲備措施。

4.2 地震活動與雷電活動空間分布對比

圖6(a)為1900—2013年全省地震與年平均地閃密度疊加圖。從圖中可看出，地震發(fā)生密集區(qū)與地閃密度較大區(qū)重合的主要區(qū)域是昆明南部、玉溪大部、楚雄南部、麗江東部以及版納與普洱交界處。這些地震高發(fā)區(qū)域雷電活動也較為頻繁，地震災(zāi)害發(fā)生時，出現(xiàn)雷雨天氣的幾率較大，可能引發(fā)雷電災(zāi)害的風險也較大。

圖6(b)為1900—2013年全省6級以上強震與年平均地閃密度疊加圖。從圖中可看出，6級以上強震發(fā)生機率不高，分布相對集中，主要在保山與德宏交界，臨滄與普洱交界、普洱中部、玉溪與紅河交界等區(qū)域。其中玉溪與紅河接壤一帶地閃密度也較高，局部區(qū)域可達5～7次/(km2·a)。該區(qū)域?qū)儆趶娬鸶甙l(fā)區(qū)，同時也是雷電活動高發(fā)區(qū)，更應(yīng)加強防雷應(yīng)急救災(zāi)物資儲備。

圖6 全省地震與年平均地閃密度分布(a),全省強震與年平均地閃密度分布圖(b)Fig.6 Earthquake and annual average ground lightning density distribution of Yunnan Province(a)Strong earthquake and annual average ground lightning density distribution of Yunnan Province(b)

圖7為1900—2013年全省地震與年平均正、負閃強度疊加圖。從圖中可看出，地震發(fā)生密集區(qū)與正閃強度較大區(qū)重合的主要區(qū)域是保山與德宏交界、楚雄西部、昆明與楚雄交界、昭通北部、昭通與曲靖交界等區(qū)域。地震發(fā)生密集區(qū)與負閃強度較大區(qū)重合的主要區(qū)域是昭通中部及北部、迪慶中部等區(qū)域。其中昭通大關(guān)、永善、鹽津、綏江交界處地震災(zāi)害頻繁，且年平均正、負閃強度都很大，局部區(qū)域高達±100 kA。

圖8為1900—2013年全省6級以上強震與年平均正、負閃強度疊加圖。從圖中可看出，保山與德宏交界、楚雄西部、昆明北部等區(qū)域強震分布集中，且正閃強度相對較大，局部區(qū)域可達70～80 kA。強震高發(fā)區(qū)域的負閃強度分布較平均，基本都在20～40 kA范圍內(nèi)。只有昭通北部負閃強度高達80～100 kA，且發(fā)生過兩次7級以上大震。該區(qū)域雷電活動強度較大，更易引發(fā)雷電災(zāi)害，同時也是強震高發(fā)區(qū)，應(yīng)加強雷電防護應(yīng)急能力建設(shè)。

圖7 地震與年平均正閃強度分布(a),地震與年平均負閃強度分布(b)Fig.7 Earthquake and annual average positive lightning intensity distribution(a)Earthquake and annual average negative lightning intensity distribution(b)

圖8 6級以上強震與正閃強度分布(a),6級以上強震與負閃強度分布(b)Fig.8 Strong earthquakes above 6 grade and distribution of positive lightning intensity(a)Strong earthquakes above 6 grade and distribution of negative lightning intensity(b)

5 結(jié)論

本文應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計方法結(jié)合ArcGIS制圖方法，分析全省雷電活動時空分布特征、地震活動時空分布特征，得到以下結(jié)論：

①地閃活動以負地閃為主，在5月過后地閃活動開始頻繁，6—8月達到高峰期，日分布上16—18時為地閃活動高峰期，50kA以上正地閃強度明顯高于負地閃強度，1—4月、10—12月雷電活動較少，但一旦發(fā)生地閃，則正負地閃的強度都較大。從空間上來看，昆明、楚雄東部、曲靖西南部、麗江東南部、普洱與紅河交界處雷電活動較多，但昭通、迪慶地區(qū)負閃強度較大。

②地震活動次數(shù)月分布較為平均，各月差異不大，5月、6月相對較多，同時該時段雷電活動的發(fā)生呈增長趨勢，即地震災(zāi)害與雷電災(zāi)害同時發(fā)生的機率較高，1月、3月、12月雖然雷電活動較少，但大于50kA的地閃強度都較大，該時段如有地震災(zāi)害發(fā)生，且出現(xiàn)雷雨天氣，可能遭遇強雷暴的機率也較大，應(yīng)加強對雷電災(zāi)害防護的重視，加強雷電應(yīng)急防護建設(shè)與防雷應(yīng)急救災(zāi)物資儲備。

③地震發(fā)生密集區(qū)與地閃密度較大區(qū)重合的主要區(qū)域是昆明南部、玉溪大部、楚雄南部、麗江東部以及版納與普洱交界處，這些區(qū)域在雷雨季節(jié)需做好物資儲備和地震應(yīng)急救援設(shè)備的演習工作，一旦發(fā)生地震災(zāi)情，能夠及時、有效地趕往災(zāi)區(qū)進行防雷避險工作。昭通大關(guān)、永善、鹽津、綏江交界處屬于強震高發(fā)區(qū)，同時地閃活動年平均正、負閃強度都很大，這些區(qū)域即使不在雷雨季節(jié)，也需做好物資儲備，制定應(yīng)急預案等工作，如在1月、3月、12月發(fā)生地震災(zāi)情后并且遭遇強對流天氣，則需加強地震災(zāi)區(qū)防雷避險工作，保障災(zāi)區(qū)人民及救援人員的生命財產(chǎn)安全。

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Thetime-spacecomparisonanalysisofseismicactivityandthunderlightningactivityofYunnan

HU Ying1,YIN Xian1,ZHOU Qingqian1,WANG Songyi2

(1.The Meteorological Disaster Prevention Technology Center of Yunnan Province,Kunming 650034,China;2.Weather Modification center in Yunnan Province,Kunming 650034,China)

P315.72+8

B

1003-6598(2017)04-0024-06

2017-04-10

胡穎(1990-)，女，助工，主要從事雷電研究及防雷減災(zāi)工作， E-mail：doudou4020@163.com。

云南省地震救援應(yīng)急氣象監(jiān)測預警能力提升項目(ZZZC1512-JF03969)。