2005—2020 年新疆雷電災(zāi)害特征分析

劉兆旭， 劉 晶， 范子昂

（1.中國氣象局烏魯木齊沙漠氣象研究所，新疆 烏魯木齊 830002；2.中亞大氣科學(xué)研究中心，新疆 烏魯木齊 830002；3.新疆維吾爾自治區(qū)防雷減災(zāi)中心，新疆 烏魯木齊 830002；4.新疆塔克拉瑪干沙漠氣象國家野外科學(xué)觀測研究站/中國氣象局塔克拉瑪干沙漠氣象野外科學(xué)試驗基地/新疆沙漠氣象與沙塵暴重點實驗室，新疆 烏魯木齊 830002）

雷電是發(fā)生于大氣中的一種瞬時高電壓、大電流、強電磁輻射災(zāi)害性天氣現(xiàn)象［1］。雷電災(zāi)害泛指雷擊或雷電電磁脈沖入侵和影響造成人員傷亡或物體受損，其部分或全部功能喪失，釀成不良的社會和經(jīng)濟后果的事件［2］，是聯(lián)合國“國際減災(zāi)十年”公布的最嚴重的10種自然災(zāi)害之一［3］，對安全生產(chǎn)常造成較大的影響，其引發(fā)的災(zāi)難事件時有發(fā)生。全球每年因雷擊導(dǎo)致的火災(zāi)、爆炸等事件頻繁發(fā)生，對人民生命財產(chǎn)安全和社會發(fā)展構(gòu)成了嚴重威脅［4-7］。

不少學(xué)者針對雷電活動規(guī)律和雷電災(zāi)害的特征開展了深入的研究［8-10］，研究結(jié)果表明，1997—2006 年我國雷電災(zāi)害造成的人員傷亡情況主要呈下降的趨勢，雷擊導(dǎo)致的人員傷亡事件主要發(fā)生在農(nóng)村。中國雷災(zāi)多發(fā)生于東部沿海地區(qū)和南部地區(qū)。在此基礎(chǔ)上，眾多國內(nèi)氣象學(xué)者相繼開展了研究，通過對廣東?。?1］、海南島［12］、山東?。?3］、河北?。?4］、浙江省［15］等地區(qū)雷電災(zāi)害特征統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，6—8月是雷電災(zāi)害發(fā)生高峰期。此外，劉平英等［16］對雷電災(zāi)害與致災(zāi)因子、承災(zāi)體以及孕災(zāi)環(huán)境的相關(guān)性進行分析發(fā)現(xiàn)，云南地區(qū)活躍的地閃活動是導(dǎo)致雷電災(zāi)害的主要致災(zāi)因子，正地閃所占比例的季節(jié)變化特征可以作為判定雷電高發(fā)期開始及結(jié)束的一個重要標志。黃小彥等［17］發(fā)現(xiàn)湖北地區(qū)雷電災(zāi)害次數(shù)與雷暴日數(shù)月分布基本一致，均呈雙峰型。除了雷電災(zāi)害區(qū)域性統(tǒng)計分析外，還有學(xué)者對各地區(qū)雷電災(zāi)害進行評估和區(qū)劃分析［18-22］，進一步探究了雷災(zāi)事件的成因。

新疆位于歐亞大陸腹地，是典型的干旱區(qū)［23］，相對于同緯度的我國東部地區(qū)，新疆雷電發(fā)生頻數(shù)少、雷電災(zāi)害弱［24］，但受“三山夾兩盆”獨特地貌和地理位置影響，新疆夏季也常常出現(xiàn)強烈的對流天氣，并伴隨雷電活動，對新疆的經(jīng)濟建設(shè)和農(nóng)牧民的生產(chǎn)生活造成了很大危害。隨著新疆社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，雷電造成的災(zāi)害影響越來越大。因此，研究并掌握新疆雷電災(zāi)害分布特征，尋求有效的防護措施，對于防雷減災(zāi)具有一定的實際意義。近年來，新疆氣象學(xué)者針對新疆雷暴活動開展了許多研究［25-26］，相繼給出了新疆各地區(qū)雷暴氣候特征，指出新疆雷暴分布地域性強，雷暴日數(shù)由南向北逐漸增多，且東部多于西部。此外，也有研究［27］發(fā)現(xiàn)新疆地閃年變化呈單鋒型分布，地閃高發(fā)期在6—8月，并對新疆雷電災(zāi)害風(fēng)險進行了區(qū)劃［28］。但是，上述研究尚未給出新疆雷電災(zāi)害時空分布特征，針對雷電災(zāi)害與地閃活動關(guān)系的相關(guān)研究也較少。因此，本文利用新疆2005—2020 年雷電災(zāi)情實例，通過分析各市縣雷電災(zāi)害損失時空分布、行業(yè)分布、人員傷亡和經(jīng)濟損失等的差異性，結(jié)合閃電定位監(jiān)測數(shù)據(jù)頻數(shù)、閃電密度和強度特征，探討了新疆雷電災(zāi)害事件分布特征及其與地閃次數(shù)、地閃密度和強度等關(guān)系，以期對新疆雷電災(zāi)害有一個系統(tǒng)的認識，為新疆雷電災(zāi)害防御工作提供參考依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

雷電災(zāi)害數(shù)據(jù)來源于新疆氣象局統(tǒng)計上報的2005—2020年各縣市雷電災(zāi)害次數(shù)、傷亡人口和經(jīng)濟損失等數(shù)據(jù)。新疆地域較寬廣，部分區(qū)域存在數(shù)據(jù)統(tǒng)計缺失或不完整的情況，本文的雷災(zāi)統(tǒng)計是不完全統(tǒng)計，對原始數(shù)據(jù)進行分類統(tǒng)計后，可確保雷電災(zāi)害數(shù)據(jù)的代表性。

地閃資料來源于新疆氣象局LD-Ⅱ型閃電定位儀監(jiān)測的2013—2020 年逐日地閃數(shù)據(jù)。新疆地閃定位監(jiān)測網(wǎng)于2011 年安裝完成，共布設(shè)了49 個監(jiān)測站點（圖1），地閃定位系統(tǒng)工作范圍大，探測范圍可覆蓋新疆全境。選取2013—2020 年4—10 月新疆地閃數(shù)據(jù)，采用數(shù)理統(tǒng)計方法分析新疆地閃活動特征。為減少閃電資料的誤差對整體數(shù)據(jù)的干擾，從原始數(shù)據(jù)中剔除境外地閃數(shù)據(jù)和小幅值電流數(shù)據(jù)（地閃強度為-2～2 kA）［29］。

圖1 新疆地閃定位監(jiān)測網(wǎng)測站分布Fig.1 Distribution of stations in Xinjiang ground lightning location system

新疆各地市人口數(shù)和區(qū)域面積來自《2018年新疆統(tǒng)計年鑒》［30］。

1.2 研究方法

本文選用生命易損模數(shù)表征雷災(zāi)承災(zāi)體的脆弱性因素，生命易損模數(shù)為平均1 km2以上的人數(shù)［31］，單位為104人·km-2。

為了研究新疆雷電災(zāi)害事件與新疆地閃活動的關(guān)系，本文利用逐日地閃數(shù)據(jù)計算得到地閃次數(shù)、地閃密度和地閃強度，分析其與雷電災(zāi)害事件次數(shù)在空間分布上的相關(guān)性。

地閃密度：利用逐日地閃數(shù)據(jù)，分別統(tǒng)計出新疆各地區(qū)年平均地閃次數(shù)，再按0.05°×0.05°經(jīng)緯網(wǎng)格，用統(tǒng)計范圍內(nèi)各地區(qū)年平均地閃次數(shù)除以相應(yīng)地區(qū)面積，得到年平均地閃密度（10-2次·km-2·a-1）。

地閃強度：將地閃強度（0＜I≤200 kA）分為6 段（表1），分別統(tǒng)計各地閃強度區(qū)段內(nèi)正、負地閃頻數(shù)。

表1 地閃強度區(qū)段Tab.1 Interval segment of ground lighting intensity

2 雷電災(zāi)害特征分析

2.1 雷電災(zāi)害概況

通過統(tǒng)計分析2005—2020 年新疆雷電災(zāi)害事件（表2）發(fā)現(xiàn)，近16 a新疆共上報雷電災(zāi)害事件154次，其中人員傷亡總數(shù)82 人（死亡44 人，受傷38人），新疆平均每年發(fā)生9.6 次雷電災(zāi)害事件，平均每年雷擊死亡2.8 人，雷擊受傷2.6 人。2005—2020年雷擊導(dǎo)致人畜傷亡事件63次，民用電子設(shè)備損壞40次，工廠設(shè)備損壞21次，建（構(gòu)）筑物和農(nóng)村屋、牧舍損壞8 次，電力設(shè)備損壞17 次；直接經(jīng)濟損失1071.5×104元，間接經(jīng)濟損失53.7×104元，總經(jīng)濟損失共計1125.2×104元。新疆城市雷電災(zāi)害主要是造成電子設(shè)備損壞，農(nóng)村雷電災(zāi)害則主要造成人畜傷亡。1993—1999年英國平均每年每100×104人中就有0.05人死于雷擊［8］。以《2018年新疆統(tǒng)計年鑒》中2017年末新疆人口總數(shù)2408×104人計算，新疆每年每100×104人中有0.09 人死于雷擊，是英國的1.8倍。新疆雷擊人員傷亡比率為0.95:1，基本與全國數(shù)據(jù)持平［9］。新疆雷擊人員傷亡比率比較低，考慮存在比較偏遠地區(qū)的漏報和少報的可能。

表2 2005—2020年新疆雷電災(zāi)害事件統(tǒng)計Tab.2 Statistics of lightning disaster events in Xinjiang from 2005 to 2020

2.2 雷電災(zāi)害事件時空分布特征

2.2.1 年變化特征2005—2020年新疆雷電災(zāi)害事件的總數(shù)為154 次，通過分析新疆雷電災(zāi)害事件年變化特征（圖2）發(fā)現(xiàn)，雷電災(zāi)害災(zāi)事件總體呈現(xiàn)逐年減少的趨勢。雷電災(zāi)害事件最多的年份為2005年（31次，占雷電災(zāi)害事件總數(shù)的20.1%）；最少的年份為2016 年和2020 年（各1 次，各占雷電災(zāi)害事件總數(shù)的0.6%不到）。2005—2007年雷電災(zāi)害事件比較多，是因為雷電災(zāi)害對人們社會生活的影響越來越大，電子設(shè)備在人們?nèi)粘Ｉ钪懈訌V泛的應(yīng)用，但雷電防護能力并沒有加強，因而雷擊損失的風(fēng)險也在增加。近16 a 平均每年雷電災(zāi)害9.6 次，2013 年以后，雷電災(zāi)害事件呈明顯下降趨勢，2016年和2020年都只有1次雷電災(zāi)害事件，出現(xiàn)這種趨勢的主要原因可能是防雷減災(zāi)知識的普及和防雷意識的提高。

圖2 新疆雷電災(zāi)害事件年變化Fig.2 Annual variation of lightning disaster events in Xinjiang

2.2.2 月變化特征2005—2020年新疆雷電災(zāi)害事件均發(fā)生在3—9 月，1、2、11、12 月沒有發(fā)生雷電災(zāi)害事件；雷電災(zāi)害事件發(fā)生高發(fā)期在4—8 月（共發(fā)生150 次），占雷電災(zāi)害事件總數(shù)的97.4%；3 月和9月發(fā)生雷電災(zāi)害事件次數(shù)較少，共占雷電災(zāi)害事件總數(shù)的2.6%（圖3）；6 月發(fā)生雷電災(zāi)害事件次數(shù)最多（共61次），占雷電災(zāi)害事件總數(shù)的39.6%。綜合分析發(fā)現(xiàn)，新疆發(fā)生雷電災(zāi)害事件的季節(jié)性比較明顯，主要集中在夏季。這與新疆地形復(fù)雜、地域遼闊、自然環(huán)境多樣［22］有很大的關(guān)系。

圖3 新疆雷電災(zāi)害事件次數(shù)月變化Fig.3 Monthly variation of lightning disaster events in Xinjiang

2.2.3 空間分布特征新疆地處歐亞大陸腹地，以天山山脈為中軸，把新疆分成南疆和北疆2 個氣候差異明顯的地區(qū)。復(fù)雜的地形、人口分布和經(jīng)濟等情況，使雷電災(zāi)害事件分布有很大差異。2005—2020 年共發(fā)生了154 次雷電災(zāi)害事件（表3），其中發(fā)生次數(shù)最多的在克拉瑪依市（7 次），占雷電災(zāi)害事件總數(shù)的4.5%；排在第二位的為阿勒泰市和富蘊縣，各發(fā)生6次雷電災(zāi)害事件，占雷電災(zāi)害事件總數(shù)的7.8%；排在第三位的為福海縣、和布克賽爾蒙古自治縣、青河縣和昭蘇縣，各發(fā)生了5次雷電災(zāi)害事件，占全疆雷電災(zāi)害事件總數(shù)的13.0%；和田地區(qū)和巴音郭楞蒙古自治州南部沙漠地區(qū)發(fā)生雷電災(zāi)害事件最少，和田地區(qū)發(fā)生雷電災(zāi)害事件3次，而沙漠地區(qū)未發(fā)生雷電災(zāi)害事件。由此可見，雷電災(zāi)害事件主要集中在阿勒泰地區(qū)、塔城東南部地區(qū)以及伊犁哈薩克自治州直屬縣市一線，而南疆基本上很少，這可能是由于地域差異造成的。北疆氣溫低，降水多，閃電也多，由于沙漠的阻擋，南疆干燥，空氣濕度低，云雨少，故而閃電也比較少。

表3 2005—2020年新疆雷電災(zāi)害事件次數(shù)、傷亡人數(shù)和經(jīng)濟損失統(tǒng)計Tab.3 Statistics of lighting disaster events,casualties and economic losses in Xinjiang from 2005 to 2020

2.3 雷電災(zāi)害事件損失時空分布特征

2005—2020 年新疆雷電災(zāi)害事件造成的經(jīng)濟損失共計1125.2×104元（圖4）。近16 a，平均每年經(jīng)濟損失70.3×104元。特別是2011 年，經(jīng)濟損失達453.4×104元，占經(jīng)濟損失總量的40.3%，是年均經(jīng)濟損失的6.4 倍，但2011 年雷電災(zāi)害事件次數(shù)并沒有很多，主要原因是2011年5月22日烏蘇市遭受了罕見的雷電災(zāi)害，此次雷電災(zāi)害的損失高達100×104元。2007、2010、2011、2013年和2017年的經(jīng)濟損失也均超過了年均值。2016 年和2020 年雷電災(zāi)害事件經(jīng)濟損失最小，均為0，相應(yīng)的雷電災(zāi)害事件次數(shù)也最少。

圖4 新疆雷電災(zāi)害事件經(jīng)濟損失年變化Fig.4 Annual variation of economic loss caused by lightning disaster events in Xinjiang

從各地州雷電災(zāi)害事件造成的經(jīng)濟損失情況分析發(fā)現(xiàn)（圖5），昌吉回族自治州經(jīng)濟損失排在第一位，為386.8×104元，占經(jīng)濟損失總量的34.4%；塔城地區(qū)排在第二位，經(jīng)濟損失為134.3×104元，占經(jīng)濟損失總量的11.9%。和田地區(qū)、喀什地區(qū)和吐魯番市經(jīng)濟損失基本較輕，3 個地區(qū)經(jīng)濟損失總和為7.7×104元，占總經(jīng)濟損失的0.7%。通過分析發(fā)現(xiàn)，經(jīng)濟損失嚴重的地區(qū)，雷電災(zāi)害事件次數(shù)并不是位于前列，這可能是由于單次的雷電災(zāi)害事件造成了重大經(jīng)濟損失，或未上報災(zāi)情，還與是否安裝防雷裝置、經(jīng)濟發(fā)展、雷暴活動的水平相關(guān)。

圖5 新疆雷電災(zāi)害事件經(jīng)濟損失分布Fig.5 Distribution of economic losses caused by lightning disaster events in Xinjiang

2.4 雷電災(zāi)害事件行業(yè)損失特征

依據(jù)《雷電災(zāi)情統(tǒng)計規(guī)范》（QX/T191—2013），結(jié)合新疆各地市實際情況，將2005—2020年遭受雷擊的受損行業(yè)分為農(nóng)林牧業(yè)、制造業(yè)、電力、通訊業(yè)、交通運輸業(yè)、信息傳輸業(yè)、居民服務(wù)業(yè)、金融業(yè)和其他（包含教育、水利、公共管理和服務(wù)）行業(yè)共8類（圖6），受損行業(yè)中，電力、通訊業(yè)和其他行業(yè)遭受雷擊次數(shù)最多，占造成行業(yè)受損雷電災(zāi)害事件總數(shù)的21.2%和20.0%；制造業(yè)、農(nóng)林牧業(yè)、居民服務(wù)業(yè)遭受雷擊次數(shù)次之，分別占造成行業(yè)受損雷電災(zāi)害事件總數(shù)的16.5%、17.6%和16.5%。交通運輸業(yè)、信息傳輸業(yè)和金融業(yè)遭受雷擊次數(shù)較少，共占造成行業(yè)受損雷電災(zāi)害事件總數(shù)的8.2%。雷電災(zāi)害事件造成各行業(yè)經(jīng)濟損失的原因主要有兩方面：一方面是由于很多行業(yè)設(shè)備都暴露在室外，他們的防護系統(tǒng)由直擊雷防護裝置、電涌保護裝置、接地系統(tǒng)等多個子系統(tǒng)構(gòu)成，一旦發(fā)生損壞，遭受雷擊的風(fēng)險也在增加，室外人員有可能遭受直擊雷；有些建（構(gòu)）筑物并沒有安裝避雷裝置或者安裝不規(guī)范，雷擊發(fā)生時，也會遭受損失。另一方面是現(xiàn)代智能設(shè)備在民用電子設(shè)備中大量使用，但是人們防雷意識還沒有很大的提高，也會增加雷擊的風(fēng)險。

圖6 遭受新疆雷電災(zāi)害事件受損的行業(yè)類型分布Fig.6 Distribution of industry types damaged by lightning disaster events in Xinjiang

雷電災(zāi)害事件和環(huán)境也有很大的關(guān)系，對于雷電災(zāi)害事件的發(fā)生發(fā)展特性，孕災(zāi)環(huán)境敏感性主要與地形起伏、海拔高度、地表覆蓋類型等因子相關(guān)［16］。新疆雷電災(zāi)害事件大多數(shù)發(fā)生在農(nóng)村，占雷電災(zāi)害事件總數(shù)的62.3%（表4）。農(nóng)村雷電災(zāi)害事件多發(fā)生在4—8 月，造成的損失主要分為5 個類型，人畜傷亡和電子設(shè)備損壞占農(nóng)村雷電災(zāi)害事件總數(shù)的84.3%，這主要是因為4—8 月正是農(nóng)忙時節(jié)，田間地頭、樹下、牧場等地的地形較復(fù)雜，均沒有避難場所，因而農(nóng)民缺乏必要的防雷措施，受直擊雷的可能性較大，一旦發(fā)生雷電災(zāi)害事件，就會造成傷亡。此外，農(nóng)村的防雷意識也比較淡薄，農(nóng)民干活基本在戶外，遇到雷雨冰雹，不能有效采取雷電防御措施，導(dǎo)致雷電災(zāi)害傷亡事件時有發(fā)生。新疆城市雷電災(zāi)害事件中，電子設(shè)備和電力設(shè)備損失占城市雷電災(zāi)害事件總數(shù)的56.9%，主要因為電子設(shè)備的普及和人們雷電防護知識的匱乏；工廠設(shè)備損失占城市雷電災(zāi)害事件總數(shù)的36.2%，主要是因為防雷裝置安裝不規(guī)范、長時間沒有進行防雷檢測，導(dǎo)致防雷裝置失去了保護作用。

表4 造成各行業(yè)損失的農(nóng)村和城市雷電災(zāi)害事件次數(shù)統(tǒng)計Tab.4 Statistics on the number of lightning disaster events in rural and urban areas causing losses in various industries

2.5 雷電災(zāi)害事件人員傷亡特征

2.5.1 雷電災(zāi)害事件人員傷亡時間分布特征

2005—2020年新疆雷電災(zāi)害事件造成的人員傷亡呈明顯下降趨勢，年平均雷電災(zāi)害傷亡人數(shù)為5 人（圖7）。其中，2005—2012 年雷電災(zāi)害事件和傷亡人數(shù)均處于高峰期，傷亡人數(shù)最多的年份是2010年（16 人），2005、2007 年和2012 年雷電災(zāi)害事件和傷亡人數(shù)也均處于較大值，分別有13人、12人和14人傷亡。2012年以后，呈逐年下降的趨勢。到2017年以后沒有發(fā)生過任何人員傷亡事件。

圖7 新疆雷電災(zāi)害事件次數(shù)及雷擊人員傷亡年變化Fig.7 Annual variations of lightning disaster events and casualties in Xinjiang

新疆雷電災(zāi)害事件造成人員傷亡數(shù)量存在一定的偶然性，2010 年的雷電災(zāi)害事件雖只有11 次，但2010年6月2日20時，新疆克孜勒蘇柯爾克孜自治州阿合奇縣1 次雷電造成了重大的雷電災(zāi)害事件，致使國營馬場五隊一戶牧民家?guī)づ裨馐芾讚簦斐?名7歲女孩死亡，另外有7人不同程度受傷。

2.5.2 雷電災(zāi)害事件人員傷亡空間分布特征近16 a新疆雷電災(zāi)害事件共發(fā)生154次，傷亡82人，其中死亡44人，受傷38人，受傷人數(shù)和死亡人數(shù)之比為1.16:1。從雷電災(zāi)害事件造成的人員傷亡分布(圖8)分析發(fā)現(xiàn)，伊犁哈薩克自治州直屬縣市人員傷亡人數(shù)排在第一位（19人），占人員傷亡總數(shù)的23.2%；塔城地區(qū)和阿勒泰地區(qū)排在第二位和第三位，人員傷亡人數(shù)分別為10人和9人。而克拉瑪依市、烏魯木齊市為雷電災(zāi)害事件人員傷亡低發(fā)區(qū)，均未發(fā)生過雷電災(zāi)害傷亡事件。從統(tǒng)計可以看出，和田地區(qū)雷電災(zāi)害事件發(fā)生3次，但人員傷亡有6人，說明有可能雷電災(zāi)害事件存在著少報或者漏報。從以上分析來看，人員傷亡分布和雷電災(zāi)害事件分布并不是很一致，比如阿克蘇地區(qū)的雷電災(zāi)害數(shù)量并不多，卻造成7 人傷亡。這種分布可能與地區(qū)的雷電活動強弱、地區(qū)人口分布、經(jīng)濟水平等因素相關(guān)。

圖8 新疆雷電災(zāi)害事件與雷擊人員傷亡空間分布Fig.8 Spatial distributions of lightning disaster events and casualties in Xinjiang

3 雷電災(zāi)害事件與相關(guān)因素分析

3.1 雷電災(zāi)害事件與地閃次數(shù)在時間分布上的相關(guān)性分析

2013—2020 年新疆的地閃次數(shù)由4 月開始增強，10月開始減弱。5—8月累計地閃次數(shù)占地閃總數(shù)的91.2%（圖9）。其中，7 月地閃次數(shù)達全年最大，占地閃總數(shù)的35.9%。2013—2015 年新疆雷電災(zāi)害事件和造成的人員傷亡主要發(fā)生在4—8 月，6—7月的雷電災(zāi)害事件最為嚴重，占雷電災(zāi)害事件總數(shù)的66.9%，對應(yīng)6—7 月地閃活動最為頻繁，地閃次數(shù)也達到全年峰值，占地閃總數(shù)的68.1%。10月后地閃數(shù)基本為0。由圖9可以看出，地閃次數(shù)和雷電災(zāi)害事件次數(shù)相吻合，兩者相關(guān)系數(shù)達0.94，呈現(xiàn)了比較好的對應(yīng)關(guān)系。

圖9 雷電災(zāi)害事件次數(shù)、傷亡人數(shù)與地閃次數(shù)的月分布Fig.9 Monthly distributions of lightning disasters events,casualties,and ground lightning

3.2 雷電災(zāi)害事件與地閃次數(shù)、地閃密度在空間分布上的相關(guān)性

3.2.1 地閃次數(shù)和密度空間分布特征由新疆2013—2020年地閃次數(shù)的空間分布（圖10）可知，阿勒泰地區(qū)、阿克蘇地區(qū)、塔城地區(qū)、哈密市和克孜勒蘇柯爾克孜自治州地閃活動較強，其中和布克賽爾縣、福?？h、托里縣、富蘊縣、布爾津縣、吉木乃縣、哈巴河縣、阿圖什市、拜城縣、庫車縣、溫宿縣、哈密市、巴里坤縣的地閃活動最為頻繁，這些地區(qū)地閃次數(shù)占總地閃次數(shù)的46.1%。喀什地區(qū)、和田地區(qū)地閃次數(shù)最少，地閃活動很弱，其中喀什市和澤普縣只發(fā)生了41次和107次地閃。

圖10 新疆地閃次數(shù)空間分布Fig.10 Spatial distribution of ground lightning frequency in Xinjiang

通過對新疆年平均地閃密度分布（圖11）分析發(fā)現(xiàn)，2013—2020年新疆地閃密度空間呈帶狀和片狀分布，主要集中在阿勒泰地區(qū)、塔城地區(qū)、克拉瑪依、伊犁哈薩克自治州直屬縣市、石河子市和烏魯木齊市一線，而南疆地閃密度最小。由表5 可知，2013—2020 年新疆地閃密度最大區(qū)域為克拉瑪依市，達718×10-2次·km-2·a-1；其次是博爾塔拉蒙古自治州、烏魯木齊市和石河子市，年平均地閃密度均超過50×10-2次·km-2·a-1；喀什地區(qū)、吐魯番市、哈密市的平均地閃密度都沒有超過10×10-2次·km-2·a-1；地閃活動比較弱；地閃密度最小值出現(xiàn)在和田地區(qū)和巴音郭楞蒙古自治州，只有1×10-2次·km-2·a-1。

表5 各地州（市）地閃密度統(tǒng)計Tab.5 Statistics of ground lightning density in each prefecture(city)

圖11 新疆地閃密度空間分布Fig.11 Spatial distribution of ground lightning density

3.2.2 雷電災(zāi)害事件與地閃次數(shù)和密度在空間分布上的相關(guān)性分析通過上文分析發(fā)現(xiàn)，在地閃次數(shù)和地閃密度較大的阿勒泰地區(qū)、塔城地區(qū)和喀什地區(qū)，雷電災(zāi)害事件相對較少，而克拉瑪依市和伊犁哈薩克自治州直屬縣市地閃次數(shù)雖然較少，但由于克拉瑪依市和伊犁哈薩克自治州直屬縣市地閃強度較大，這些地區(qū)雷電災(zāi)害事件次數(shù)也相對較多。通過計算分析發(fā)現(xiàn)新疆雷電災(zāi)害事件次數(shù)與地閃次數(shù)相關(guān)性達0.76，兩者具有較好的對應(yīng)關(guān)系（圖12）。新疆雷電災(zāi)害事件主要發(fā)生在阿勒泰地區(qū)、伊犁哈薩克自治州直屬縣市和塔城地區(qū)，其中雷電災(zāi)害事件造成的人員受傷主要分布在伊犁哈薩克自治州直屬縣市、克孜勒蘇柯爾克孜自治州和塔城地區(qū)，分別造成10人、7人和4人受傷。雷電災(zāi)害事件造成的人員死亡主要分布在伊犁哈薩克自治州直屬縣市、阿勒泰地區(qū)、塔城地區(qū)和阿克蘇地區(qū)，分別造成9人、6人、6人和5人死亡。

圖12 新疆地閃次數(shù)和雷電災(zāi)害事件次數(shù)分布Fig.12 Distributions of lightning disaster event and ground lighting frequencies in Xinjiang

以地閃次數(shù)、生命易損模數(shù)、雷電災(zāi)害傷亡人數(shù)、地閃平均密度等為自變量，以雷電災(zāi)害次數(shù)為因變量，利用SPSS 軟件建立多元線性回歸模型發(fā)現(xiàn)，地閃平均密度、地閃平均強度、生命易損模數(shù)的顯著性水平檢驗結(jié)果大于0.05，因而最終確立多元線性回歸模型為：

式中：Y為雷電災(zāi)害次數(shù)；X1為地閃次數(shù)；X2為雷電災(zāi)害事件傷亡人數(shù)。

通過顯著性分析發(fā)現(xiàn)，回歸模型具有顯著的統(tǒng)計學(xué)意義（F=8.734，P＜0.005），地閃次數(shù)和雷電災(zāi)害事件傷亡人數(shù)對雷電災(zāi)害事件次數(shù)的影響具有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05，表6）。結(jié)合上文分析，新疆雷電災(zāi)害事件次數(shù)一定程度上與地閃活動呈正相關(guān)關(guān)系，受各地區(qū)人口密度、城市建設(shè)、地形地貌等分布差異影響，新疆各地區(qū)的雷電災(zāi)害事件次數(shù)對地閃強度、生命易損模數(shù)等影響因子的響應(yīng)有所不同。

表6 多元線性回歸模型分析Tab.6 Analysis of multiple linear regression model

3.3 雷電災(zāi)害與地閃強度的相關(guān)性分析

3.3.1 地閃強度分布特征通過分析新疆地閃強度空間分布（圖13）發(fā)現(xiàn)，地閃強度分布呈現(xiàn)由北向南增強的趨勢，地閃強度最大值分別位于巴音郭楞蒙古自治州東南部山區(qū)和喀什南部山區(qū)，而這2 個地區(qū)的地閃密度最大也沒有超過5×10-2次·km-2·a-1，地閃次數(shù)也較少；地閃活動比較頻繁的北疆偏北地區(qū)、南疆西部地區(qū)和東疆地區(qū)的地閃強度卻很小，通過計算得出地閃強度和地閃密度、地閃強度和地閃次數(shù)的空間相關(guān)系數(shù)分別為-0.12 和-0.44，由此可見，地閃強度空間分布和地閃次數(shù)、地閃密度的空間分布相關(guān)性比較弱，這與上文分析結(jié)果較為一致。

圖13 新疆地閃強度空間分布Fig.13 Spatial distribution of ground lightning intensity in Xinjiang

3.3.2 地閃正、負極性比例及逐月分布特征2013—2020 年新疆共發(fā)生正地閃71917 次，負地閃447054次，負地閃次數(shù)占地閃總數(shù)的86.2%，正地閃次數(shù)占地閃總數(shù)的13.8%（圖14）。其中，正地閃平均電流強度為59.24 kA（表7），電流強度以40～60 kA 為極值向兩側(cè)迅速減少，負地閃的平均電流強度為33.57 kA（表8），電流強度以20～40 kA 為極值向兩側(cè)迅速減少。進入新疆夏季汛期（6—8月）后，地閃活動主要以負地閃為主（圖14），其中7 月負地閃次數(shù)占地閃總數(shù)的87.7%。正地閃活動主要集中在4月和11 月，正地閃次數(shù)分別占地閃總數(shù)的26.8%和24.6%。

表7 正地閃電流強度次數(shù)及其比例Tab.7 Frequency and proportion distributions of positive ground lightning intensity

表8 負地閃電流強度比例分布Tab.8 Frequency and proportion distributions of negative ground lightning intensity

圖14 新疆正、負地閃次數(shù)及其比例分布Fig.14 Frequency and proportion distributions of positive and negative ground lightning in Xinjiang

4 結(jié)論

本文利用新疆2005—2020年雷電災(zāi)害數(shù)據(jù)，從雷電災(zāi)害事件時空分布、雷電災(zāi)害事件損失特征、人員傷亡特征、雷電災(zāi)害事件致災(zāi)因子等方面，統(tǒng)計了新疆雷電災(zāi)害事件的分布特征，并結(jié)合閃電定位監(jiān)測數(shù)據(jù)地閃次數(shù)、地閃密度和強度特征進行了分析探討，得出以下主要結(jié)論：

（1）2005—2020 年新疆雷電災(zāi)害事件共計154次，主要集中在阿勒泰地區(qū)、塔城東南部地區(qū)以及伊犁哈薩克自治州直屬縣市一線，而南疆的雷電災(zāi)害事件基本上很少。雷電災(zāi)害事件主要發(fā)生在4—8月，造成的人員傷亡總數(shù)為82人，其中死亡44人，受傷38人。2013年以后，雷電災(zāi)害事件和人員傷亡數(shù)呈明顯下降趨勢，人員傷亡分布與地區(qū)雷電活動強弱、地區(qū)人口分布、經(jīng)濟水平等因素相關(guān)。

（2）2005—2020年新疆雷電災(zāi)害造成的經(jīng)濟損失共計1125.2×104元，平均每年經(jīng)濟損失70.3×104元。在新疆雷電災(zāi)害事件造成的行業(yè)損失中，人畜傷亡損失、民用電子設(shè)備損壞、工廠設(shè)備損壞排在前三位。新疆雷電災(zāi)害事件大多發(fā)生在農(nóng)村，占了雷電災(zāi)害事件總數(shù)的62.3%。

（3）地閃活動是雷電災(zāi)害的主要致災(zāi)因子，新疆地閃活動主要集中在5—8 月，占了地閃總數(shù)的91.2%，地閃活動主要集中在阿勒泰地區(qū)、塔城地區(qū)、阿克蘇地區(qū)和哈密市，與雷電災(zāi)害事件空間分布呈現(xiàn)較好對應(yīng)關(guān)系。新疆地閃密度空間呈帶狀和片狀分布特征，地閃密度大值區(qū)主要集中在阿勒泰地區(qū)、塔城地區(qū)、克拉瑪依市、伊犁哈薩克自治州直屬縣市、石河子市、烏魯木齊市一線，南疆地閃密度最小?？臻g分布和地閃密度、地閃次數(shù)形成較好對應(yīng)關(guān)系，而地閃的強度和地閃的次數(shù)、地閃密度在空間分布上相關(guān)性較弱。

（4）新疆進入汛期之后，基本上以負地閃為主，正地閃的比例較少，4—5 月和8 月后正閃的比例呈現(xiàn)一個上升的趨勢。正地閃的比例變化可以作為雷電災(zāi)害事件開端到結(jié)束的一個重要標志。