內蒙古東北部閃電頻次分布特征分析

楊淑香，包興華

（內蒙古呼倫貝爾市氣象局，內蒙古 海拉爾 021008）

雷電是發(fā)生在自然界中常見的放電現象，伴隨著強大的電流和電磁輻射，對人類、地面建筑物、輸電線及通信設備等具有極大的危害。目前，國內的學者已對閃電定位資料展開了系統(tǒng)的研究[1-14]。李家啟等[15]分析了重慶市閃電頻次的極性、幅值、雷電流波頭陡度和時間分布特征；鐘幼軍等[16]發(fā)現雷電活動基本可以揭示黑龍江省天氣活動的時空分布特征；馮真禎等[17]利用地閃強度的中位數法分析福建省地閃的時空分布特征。閃電在一定的氣象條件下易引發(fā)森林火災，大興安嶺北部林區(qū)是雷擊火發(fā)生的重災區(qū)，約占呼倫貝爾市森林火災總次數的50%。通過分析閃電的特征可以劃分雷擊火的易發(fā)區(qū)域，從而達到預防森林火災的目的。

1 資料來源

本文采用ADTD閃電定位系統(tǒng)監(jiān)測云地閃，包括正地閃和負地閃[18]，ADTD閃電定位系統(tǒng)由位于滿歸、金河、莫爾道嘎、陳旗、滿洲里、東旗、圖里河、博客圖、小二溝、扎蘭屯的10部閃電定位儀組成，探測范圍覆蓋呼倫貝爾市整個地區(qū)。閃電定位儀具體分布位置，如圖1所示。

圖1 呼倫貝爾市閃電定位站分布

本文選用2009-2016年閃電定位監(jiān)測資料，每個閃電資料包括閃電發(fā)生的經緯度、雷電流幅值、性質、波頭陡度、時間等參數。為分析云地閃的性質和特征，分別計算正閃和負閃的發(fā)生比例，按年、月、日統(tǒng)計各時間段發(fā)生頻次等。海拔資料是利用ARCGIS讀取林業(yè)服務平臺的高程地圖獲得的。為分析閃電密度，我們把地圖劃分成1 km×1 km的網格，然后統(tǒng)計每個格點的閃電次數。

2 閃電頻次的時間分布特征

2009-2016年呼倫貝爾地區(qū)共發(fā)生地閃574 079次，其中負地閃539 634次，正地閃34 445次，正地閃年均比例為6%。據研究，正地閃比例隨緯度的增加而增大。除此之外，正地閃的多少還與地形、地貌和局地小氣候有關[19]。

2.1 閃電頻次月分布

從2009-2016年呼倫貝爾市閃電頻次的分布特征來看（圖2），雷電活動遍布全年12個月，多發(fā)生在6-8月，占全年的91.51%，其中6月占15.6%，7月占37.8%，8月占36.3%。絕大多數雷電發(fā)生在夏季，這與該季節(jié)對流旺盛有關。全年每月發(fā)生閃電的負閃數均大于正閃數，其中4、5、9、10月正負閃之比大于1∶4，閃電較為頻繁的6-8月正負閃比例分別為1∶10，1∶9和1∶32。

圖2 呼倫貝爾地閃頻次月變化

2.2 閃電頻次日分布

閃電頻次的日分布特征明顯（圖3），總體呈單峰分布，峰值出現在17：00時，為5 805次，高值區(qū)在14：00-19：00時，極小值為322次，出現在05：00時。由此可見，高值區(qū)出現在午后傍晚，低值區(qū)出現在清晨上午。這與局地對流強弱有關，午后對流開始發(fā)展，傍晚達到最強，清晨熱量不足，不利于對流的形成和穩(wěn)定[20，21]。

圖3 呼倫貝爾地閃頻次日變化

2.3 閃電頻次的雷電流幅值分布特征

分析2009-2016年地閃資料（圖4、圖5），得出呼倫貝爾地區(qū)正地閃的平均雷電流幅值為74.76 kA，最大值387.6 kA；在20～60 kA強度等級發(fā)生最為頻繁，占正地閃總數的61.1%，最大頻次為152次/年。閃電強度在40 kA以下時，正地閃的發(fā)生頻次隨雷電流幅值的增大而增加；閃電強度大于40 kA時，正地閃的發(fā)生頻次隨雷電流幅值的增大而逐漸減少。與正地閃相比，負地閃的平均雷電流幅值為43.5 kA，最大值318.7 kA；在18～42 kA強度等級發(fā)生最頻繁，最大頻次為3 350次/年。很明顯，負地閃的強度不及正地閃，但負地閃發(fā)生頻次較大，且分布更為集中。

圖4 呼倫貝爾正地閃雷電流幅值分布

圖5 呼倫貝爾負地閃雷電流幅值分布

2.4 閃電頻次的雷電流波頭陡度分布

在2009-2016年的閃電中（圖6、圖7），正閃平均陡度為14.08 kA/μs，最大陡度為274.22 kA/μs；主要分布范圍為1～20 kA/μs，占全部正閃頻次的98.6%，其中陡度為6 kA/μs的正閃頻次最多。負閃平均陡度為13.15 kA/μs，最大陡度為108.41 kA/μs，主要分布范圍為1～20 kA/μs，占負閃頻次的96.4%，其中陡度為9 kA/μs的負閃頻次最多。與正閃相比，負閃陡度頻次大且集中。

圖6 呼倫貝爾正地閃雷電流陡度分布

圖7 呼倫貝爾負地閃雷電流陡度分布

3 閃電頻次的空間分布特征

3.1 閃電頻次與海拔的關系

對地閃的地理信息定位，提取出各個地閃的海拔，結果繪于圖8和圖9。可以看出，呼倫貝爾地閃發(fā)生頻次最高區(qū)域為海拔600～700 m的地區(qū)，次高區(qū)域為海拔300～400 m的地區(qū)。其中海拔在300～400 m，地閃頻次隨著正負地閃之比下降而下降；海拔在400～600 m，地閃頻次隨著正負地閃之比下降而增加；海拔在600～1 200 m，閃電頻次隨著正負地閃之比上升而下降。海拔在1 200 m以上基本不發(fā)生地閃。

圖8 呼倫貝爾地閃與海拔的關系

3.2 閃電頻次的經緯度分布

閃電頻次的經緯度分布特征相似，呈雙峰型分布（圖10）。緯度高值區(qū)分布在49.1°～49.6°N，次高值區(qū)分布在47.8°～48.2°N。經度高值區(qū)分布在121.8°～122.4°E，次高值區(qū)分布在120.4°～121.0°E。隨著經緯度的增加，正負閃之比呈遞增趨勢。

圖10 呼倫貝爾地閃的經緯度分布

3.3 閃電頻次的區(qū)域分布特征

呼倫貝爾市境內11個旗（市、區(qū)）2009-2016年的雷電發(fā)生情況表明：閃電頻次最高的是鄂倫春自治旗，達18 822次/a，其次是牙克石市、新巴爾虎左旗、陳巴爾虎旗、鄂溫克族自治旗，閃電頻次均大于1×104次/a。以閃電密度分布來看，扎蘭屯市最高，每100 km2達82次/a；其次是陳巴爾虎旗、鄂溫克族自治旗、新巴爾虎左旗、牙克石市，每100 km2都超過60次/a；阿榮旗、鄂倫春自治旗、新巴爾虎右旗、額爾古納市的閃電密度居中，每100 km2為20～30次/a之間；閃電密度最小的地區(qū)為根河市和莫力達瓦達斡爾族自治旗，每100 km2分別是17次/a和16次/a。

以1 km×1 km統(tǒng)計分析雷電密度（圖11），閃電密度超過10次/（a·km2）的區(qū)域有扎蘭屯市東北部、牙克石市中部、鄂倫春自治旗西南部及其他部分地區(qū)。閃電密度小于2次/（a·km2）的區(qū)域包括：額爾古納市中北部、根河市、新巴爾虎右旗中南部、鄂倫春族自治旗東北部；其余地區(qū)閃電密度在2～10次/（a·km2）之間。

圖11 呼倫貝爾地閃的密度區(qū)域分布/（次/（a·km2））

4 小結

1）呼倫貝爾市地閃中負地閃頻次遠遠大于正地閃，90%以上的地閃發(fā)生在夏季，高值區(qū)在 14:00-19:00；在春夏連旱的年份，極易發(fā)生雷擊火。

2）呼倫貝爾地區(qū)正地閃雷電流幅值在20～60 kA 發(fā)生最為頻繁，占正地閃總數的61%；負地閃雷電流幅值在18～42 kA發(fā)生最為頻繁。

3）正負地閃雷電流波頭陡度主要分布范圍為1～20 kA/μs，占全部地閃頻次的95%以上，與正閃相比，負閃陡度頻次大且集中。

4）呼倫貝爾地閃發(fā)生頻次最高區(qū)域為海拔600～700 m的地區(qū)，次高區(qū)域為海拔300～400 m的地區(qū)。緯度高值區(qū)分布在49.1°～49.6°N，次高值區(qū)分布在 47.8°～48.2°N；經度高值區(qū)分布在121.8°～122.4°E，次高值區(qū)分布在120.4°～121.0°E。

5）呼倫貝爾市閃電頻次較高的區(qū)域呈西北-東南帶狀分布，雷電密度超過10次/（a·km2）的區(qū)域有扎蘭屯市東北部、牙克石市中部、鄂倫春自治旗西南部地區(qū)。

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