瓦房店地區(qū)閃電數(shù)據(jù)質(zhì)量控制及雷電分布特征分析

張有業(yè) 鄭羽

摘要? ? 本文選用2015—2018年瓦房店地區(qū)閃電資料，采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法，對(duì)閃電數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量控制，分析閃電時(shí)間變化規(guī)律及雷電流強(qiáng)度變化特征。結(jié)果表明，在瓦房店地區(qū)閃電數(shù)據(jù)質(zhì)量控制上，剔除2 kA以下閃電即可滿足閃電正態(tài)分布;瓦房店地區(qū)地閃遠(yuǎn)大于云閃，云閃所占比例僅為4.01%，負(fù)閃比例遠(yuǎn)大于正閃，正閃平均比例為14.74%;瓦房店地區(qū)年平均閃電變化差異較大，閃電月分布呈現(xiàn)出單峰特點(diǎn);閃電頻次以夏季（6—8月）發(fā)生較多，一天之中凌晨（0：00—2：00）發(fā)生較多;閃電強(qiáng)度秋季（9—11月）發(fā)生較強(qiáng)，大幅值閃電近年來呈逐漸增多的趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞? ? 地閃;數(shù)據(jù)質(zhì)量控制;閃電強(qiáng)度;分布特征;遼寧瓦房店

中圖分類號(hào)? ? P427.32? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼? ? A

文章編號(hào)? ?1007-5739（2019）22-0127-02? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）

閃電活動(dòng)的發(fā)生具有明顯的區(qū)域特點(diǎn)，其局地性強(qiáng)[1-2]，受地形、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)布局、下墊面環(huán)境等要素的影響很大，由于氣候特點(diǎn)差異較大，不同地區(qū)的閃電活動(dòng)規(guī)律不同。近年來，閃電定位系統(tǒng)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于雷電的監(jiān)測(cè)，已經(jīng)取代人工觀測(cè)。其監(jiān)測(cè)資料在雷電防護(hù)、監(jiān)測(cè)預(yù)警、雷電活動(dòng)規(guī)律研究中具有非常重要的作用。通過該系統(tǒng)可以記錄閃電發(fā)生的具體位置（經(jīng)度、緯度）、時(shí)間、極性、陡度、強(qiáng)度等參數(shù)[3-4]。一些學(xué)者[5-7]開始研究地閃數(shù)據(jù)的變化規(guī)律，如王學(xué)良等[8]對(duì)湖北省閃電時(shí)空變化特征進(jìn)行分析。與此同時(shí)，由于閃電定位系統(tǒng)受到環(huán)境、地形地貌以及不同氣候條件的影響，加上不同設(shè)備的廠家參數(shù)有差異，其數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果可能不同。因此，針對(duì)瓦房店地區(qū)，很有必要對(duì)區(qū)域內(nèi)閃電數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量控制，進(jìn)而研究閃電活動(dòng)特征。

1? ? 資料來源與處理方法

1.1? ? 資料來源

選取2015—2018年大連市ADTD聯(lián)網(wǎng)測(cè)得的地閃數(shù)據(jù)資料。ADTD系統(tǒng)由布設(shè)在瓦房店、旅順、長(zhǎng)海、莊河的4個(gè)探測(cè)站和1個(gè)位于大連的中心站組成，集定位、授時(shí)、時(shí)統(tǒng)等多種功能于一身，采取多站方位匯交和時(shí)差定位原理綜合算法進(jìn)行定位，對(duì)1～500 km范圍內(nèi)的地閃活動(dòng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。系統(tǒng)對(duì)地閃的探測(cè)效率≥90%，網(wǎng)內(nèi)探測(cè)精度<500 m。閃電定位資料包含了每次閃電發(fā)生的時(shí)間、位置（經(jīng)度、緯度）、極性、強(qiáng)度、陡度等參數(shù)。

1.2? ? 數(shù)據(jù)質(zhì)量控制

1.2.1? ? 地閃數(shù)據(jù)處理依據(jù)。Popolansky在早期（1972年）對(duì)雷電流幅值分布特征研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，雷電流幅值符合正態(tài)分布規(guī)律，并認(rèn)為2 kA以下雷電流為小幅值雷電流。Krider等[9]的研究表明，小幅值地閃所占比例為2%。IEEE工作組建議對(duì)于雷電流幅值≤2 kA的地閃數(shù)據(jù)可以不考慮。之后，有學(xué)者對(duì)重慶地區(qū)地閃進(jìn)行正態(tài)分布擬合質(zhì)量控制，結(jié)果發(fā)現(xiàn)剔除5 kA以下數(shù)據(jù)擬合最優(yōu)。而李京校等[10]使用SAFIR資料對(duì)北京地區(qū)地閃參數(shù)統(tǒng)計(jì)分析時(shí)，剔除了10 kA以下數(shù)據(jù)。上述研究表明，為了提高地閃數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，需要對(duì)數(shù)據(jù)質(zhì)量進(jìn)行控制，而常見的方法之一就是利用正態(tài)分布擬合分析來剔除干擾數(shù)據(jù)，提高地閃數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)質(zhì)量。本文分析瓦房店地區(qū)2015—2018年地閃資料，采用正態(tài)分布擬合分析技術(shù)、數(shù)理統(tǒng)計(jì)等方法，對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量控制，為瓦房店地區(qū)地閃資料處理提供理論支撐。

1.2.2? ? 數(shù)據(jù)質(zhì)量控制方法。本文選取探測(cè)數(shù)據(jù)13 047次，剔除云閃數(shù)據(jù)（占比4.01%），地閃數(shù)據(jù)為12 524條記錄，所占比例為95.99%。由于地面上的雷電災(zāi)害主要是由地閃引起的，所以本文著重研究地閃分布特點(diǎn)。本次統(tǒng)計(jì)樣本數(shù)據(jù)中正閃1 661次，負(fù)閃10 867次，正閃比例為13.26%（表1）。

按照0.1 kA地閃數(shù)據(jù)取雷電流幅值絕對(duì)值對(duì)數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如表2所示。可以看出，2 kA雷電流幅值比例僅為0.01%，因而可以剔除2 kA以下雷電流。

2? ? 結(jié)果分析

2.1? ? 雷電年分布特征

對(duì)2015—2018年瓦房店地閃數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，如圖1所示，結(jié)果表明，瓦房店地區(qū)年均地閃頻次分布不均，2015年、2017年發(fā)生地閃頻次較多，2016年次之，2018年較少;年均地閃頻次為3 131次，最大值為5 835次，最小值為1 122次，最高值與最低值之間相差5倍以上。

2.2? ? 雷電月分布特征

對(duì)樣本區(qū)域地閃數(shù)據(jù)進(jìn)行逐月統(tǒng)計(jì)，如圖2所示，結(jié)果表明，地閃活動(dòng)呈典型的單峰特點(diǎn)，雷電活動(dòng)高發(fā)期在8—9月，主要由當(dāng)?shù)貜?qiáng)對(duì)流天氣發(fā)展旺盛、雷電活動(dòng)頻繁導(dǎo)致。

2.3? ? 雷電時(shí)分布特征

對(duì)瓦房店地區(qū)閃電數(shù)據(jù)進(jìn)行分時(shí)統(tǒng)計(jì)（圖3），結(jié)果表明，閃電高發(fā)區(qū)時(shí)刻為凌晨前后（0：00—2：00）、早晨（6：00—8：00）和午后（13：00—15：00）。其主要是由本地的氣候特點(diǎn)決定。瓦房店地區(qū)氣候特點(diǎn)為暖溫帶半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候，兼有海洋性氣候，午后太陽(yáng)的輻射在海洋的調(diào)節(jié)下有所減弱，熱力對(duì)流強(qiáng)度不旺盛，因而雷暴的高頻期為凌晨和夜間，午后不是主要出現(xiàn)時(shí)段。

2.4? ? 雷電幅值分布特征

閃電是由雷暴云能量釋放而引發(fā)的巨大放電現(xiàn)象產(chǎn)生的，閃電強(qiáng)度是衡量閃電破壞能力的重要因素之一[11]，雷電流幅值越大，破壞能力就越強(qiáng)，帶來的危害性越廣。因此，雷電流幅值是研究雷電的重要參數(shù)之一。從多年統(tǒng)計(jì)雷電流強(qiáng)度來看（表3），雷電強(qiáng)度4—8月平均為20 kA左右，較大月份在10月、11月，達(dá)到100 kA以上。

2.5? ? 大幅值閃電變化

閃電強(qiáng)度是雷電防護(hù)的基礎(chǔ)研究?jī)?nèi)容之一，其平均極值越大，破壞能力就越強(qiáng)，危害性越廣[12]。統(tǒng)計(jì)閃電強(qiáng)度極值 >100 kA的數(shù)據(jù)，結(jié)果表明，該范圍內(nèi)閃電次數(shù)較少，僅占閃電總數(shù)的0.2%，但是閃電強(qiáng)度與其破壞力成正比的關(guān)系，這種極值不容忽視。對(duì)瓦房店地區(qū)2015—2018年度雷電流幅值>100 kA進(jìn)行統(tǒng)計(jì)（圖4），結(jié)果表明，近年來大幅值雷電所占比例提高，這就說明雷電危害更加廣泛。

2.6? ? 閃電強(qiáng)度時(shí)間變化特征

對(duì)閃電強(qiáng)度進(jìn)行逐月統(tǒng)計(jì)（表4），可以看出，正閃平均強(qiáng)度和負(fù)閃平均強(qiáng)度均在秋季（9—11月）較大，正閃均值為36.98 kA，秋季明顯大于夏季。負(fù)閃在秋季（9—11月）較大，均值在77.14 kA，遠(yuǎn)大于其他季節(jié)。因此，對(duì)于瓦房店地區(qū)來說，除了夏季要注意防范雷電災(zāi)害外，秋季更不能忽視。

3? ? 結(jié)論

綜上所述，得到瓦房店地區(qū)閃電統(tǒng)計(jì)特征如下：在瓦房店地區(qū)閃電數(shù)據(jù)質(zhì)量控制上，剔除2 kA以下閃電即可滿足閃電正態(tài)分布;瓦房店地區(qū)地閃遠(yuǎn)大于云閃，云閃所占比例僅為4.01%，負(fù)閃比例遠(yuǎn)大于正閃，正閃平均比例為14.74%;瓦房店地區(qū)年平均閃電變化差異較大，閃電月分布呈現(xiàn)出單峰特點(diǎn);閃電頻次夏季（6—8月）發(fā)生較多，一天之中在凌晨（0：00—2：00）發(fā)生較多;閃電強(qiáng)度秋季（9—11月）發(fā)生較強(qiáng)，大幅值閃電近年來呈逐漸增多的趨勢(shì)。

通過本文的研究，可以掌握當(dāng)?shù)亻W電活動(dòng)特征，研究成果為防雷設(shè)計(jì)提供了可靠依據(jù)，為科學(xué)指導(dǎo)防雷減災(zāi)工作提供了決策依據(jù)，能夠有效避免或者減少雷電造成的人民財(cái)產(chǎn)損失，提高抵御雷電災(zāi)害能力。但本文未考慮由于儀器自?身可能會(huì)導(dǎo)致的數(shù)據(jù)誤差，今后隨著數(shù)據(jù)的不斷積累，可進(jìn)一步考慮加權(quán)處理，不斷完善分析結(jié)果。

4? ? 參考文獻(xiàn)

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