張德宏 王蘇 唐宇 王山旗

（江蘇省淮安市氣象局，淮安 223001）

淮安地區(qū)雷暴日及地閃特征分析

張德宏 王蘇 唐宇 王山旗

（江蘇省淮安市氣象局，淮安 223001）

利用2007—2012年的江蘇省閃電定位儀資料，結合1961—2012年的淮安地區(qū)6個縣（區(qū)）的雷暴日人工觀測資料，分析了該地區(qū)地閃的時空分布特征。結果表明，地閃次數(shù)與雷電活動的強弱、當日發(fā)生的頻次有著密切的關系。地閃的季節(jié)變化呈單峰型分布，極值出現(xiàn)在7月或者8月。絕大多數(shù)地閃是負閃擊，占95.3%。地閃密度有南多北少的特征，重落雷區(qū)和強落雷區(qū)集中在洪澤湖的南部、盱眙和金湖地區(qū)。

閃電定位儀，地閃特征，地閃密度分布，時間權重法

0 引言

近幾年隨著雷電探測技術的發(fā)展，閃電定位系統(tǒng)監(jiān)測越來越受到重視，閃電定位儀在我國得到廣泛應用。目前在江蘇省建設的閃電定位系統(tǒng)采用ADTD-2型三維閃電探測儀探測系統(tǒng)，該閃電探測系統(tǒng)可以全天候監(jiān)測測站150～200km范圍內(nèi)的地閃，輸出的參數(shù)有地閃的時間、位置、強度和極性等，該系統(tǒng)共設9個探測站點，分別位于徐州、連云港、淮安、建湖、盱眙、揚州、南京、南通、宜興，實時地將各站所測數(shù)據(jù)發(fā)往中心數(shù)據(jù)站進行定位算法處理，進而計算出閃電的位置、強度等。

淮安市地處江蘇的中北部，是暖溫帶與亞熱帶過渡地帶，冷暖氣流頻繁交匯，多雷電災害。以往研究[1-2]已發(fā)現(xiàn)春季和秋季雷暴日主要的發(fā)生區(qū)域位于江蘇的中南部，并且平均雷暴日均自北向南增多，夏季雷暴高值區(qū)向北推移主要位于江蘇的中部和中北部地區(qū)。但目前對淮安地區(qū)的閃電定位儀資還沒有開展系統(tǒng)性分析。本文旨在分析淮安地區(qū)地閃活動特征，并結合人工雷電觀測資料，繪制淮安地區(qū)的地閃密度分布圖，為防雷減災研究與服務提供科學參考。

1 資料

收集整理淮安市轄漣水、市區(qū)、楚州、洪澤、金湖、盱眙等6個氣象觀測站1961—2012年雷電資料、2007—2012年閃電定位儀資料。資料統(tǒng)計時，一日之內(nèi)發(fā)生數(shù)次雷暴時只計為一個雷暴日；一小時內(nèi)發(fā)生數(shù)次雷暴時只計為一個雷暴時；在淮安地區(qū)有一次閃電記錄就視為發(fā)生了一次地閃。

2 淮安地區(qū)閃電活動的氣候特征

2.1 總體特征

2007—2012年，淮安地區(qū)共發(fā)生地閃的次數(shù)不少于199,988次。其中2007年總地閃次數(shù)最多，為52,877次；2012年次數(shù)最少，為20,248次。對比目測雷擊數(shù)據(jù)（表1）發(fā)現(xiàn)，雷暴總日數(shù)最多的年份，并不一定是總地閃次數(shù)最多的年份。比如2008年雖然雷暴總日數(shù)最多為228d，但地閃總次數(shù)卻明顯比2007年（雷暴總日數(shù)為195d）偏少；2009年雖然雷暴總日數(shù)最少為142d，但監(jiān)測到的地閃總次數(shù)卻明顯比2012年（雷暴總日數(shù)為150d）明顯偏多。這說明地閃次數(shù)與雷電活

動的強弱、當日發(fā)生的頻次有著密切的關系。因此在進行雷電分析的時候，應充分利用人工觀測雷暴數(shù)據(jù)和地閃定位數(shù)據(jù)進行綜合分析。

表1 2007—2012年雷暴總日數(shù)、地閃總次數(shù)統(tǒng)計

2.2 時間分布特征

從月總地閃次數(shù)變化圖（圖1）可以看出，淮安地區(qū)總地閃次數(shù)有明顯的季節(jié)變化特征，呈單峰型分布。1，10，11，12月很少發(fā)生閃電，2—5月閃電略有增加，6月閃電開始增多，7，8月猛增，9月驟減。其中2007，2008，2011年發(fā)生地閃次數(shù)在7月達到峰值。2009，2010，2012年的峰值出現(xiàn)在8月。分析可知，地閃主要發(fā)生在7—8月，是因為這個時期空氣中水汽的含量最充足，暖濕氣流的上升使得對流旺盛，云體發(fā)展較高，有利于電荷的形成和積累，較易形成地閃。進入9月以后，天氣開始轉(zhuǎn)涼，天氣較干燥，地閃也就迅速減小。從這6年的數(shù)據(jù)來看，2—3月會有一個小峰值，比如2007，2009，2010年，這與淮安地區(qū)的氣候特點有關。2—3月初春乍暖，氣溫逐漸上升，熱力作用開始加強，若遇到前期溫度升溫較高，而南下的冷空氣勢力也很強，冷暖空氣交匯時，容易出現(xiàn)春雷、發(fā)生閃電，這與當年發(fā)生雷暴初日吻合。此外，分析7—8月的地閃資料還會發(fā)現(xiàn)，地閃主要集中在12—20時，這主要是因為午后到傍晚下墊面受日照影響，溫度升高，熱力條件好，有利于雷電發(fā)生。

2.3 空間分布特征

淮安地閃空間分布有明顯的規(guī)律性。2007—2012年，市區(qū)最少為986次，盱眙縣最多達10956次，是市區(qū)的11倍。其他縣（區(qū)）次數(shù)相差不大，從少到多依次是漣水縣（4113次）、淮陰區(qū)（4131次）、洪澤縣（4259次）、楚州區(qū)（4958次）、金湖縣（5183次）。盱眙縣地閃發(fā)生次數(shù)是其他縣（區(qū)）的2倍以上?？紤]到因不同地區(qū)面積不同對地閃總次數(shù)的影響，本文計算了每平方千米的地閃次數(shù)（簡稱年平均地閃次數(shù)），并與人工觀測的年平均雷暴日數(shù)對比（圖2）。分析發(fā)現(xiàn)，兩類數(shù)據(jù)均具有南部多、北部少的地域分布特征。

2.4 正負地閃變化特征

2007—2012年淮安地區(qū)地閃平均強度為31.86kA，盱眙平均強度最強，為36.5kA，淮陰區(qū)最小，為29.1kA，地閃強度總體上也呈北低南高（表2）。閃電定位儀探測到的地閃分為正地閃和負地閃，其中正地閃次數(shù)偏少，約占總次數(shù)的5%左右，大部分為負地閃。這可能是因為對流云團中負電荷主要位于云體的下部，正電荷主要位于云體的上部，云體的主要部分與地面之間更容易發(fā)生負閃有關。進一步分析發(fā)現(xiàn)，全市正地閃的平均強度為38.52kA，明顯高于負地閃，分析原因主要是因為負地閃發(fā)生的機會多于正地閃，而云中電荷是守恒的，單次正閃的強度就比負閃的強。此外，不同強度的地閃出現(xiàn)的頻率也有很大差別，各縣（區(qū)）閃電強度多集中在20～50kA的頻率最高，占總地閃的50%以上，小于20kA的閃電頻率次之。100kA及以上的閃電次數(shù)最少，只有1%～2%。

表2 淮安地區(qū)各地閃電強度分布統(tǒng)計

3 地閃密度分布特征

傳統(tǒng)的人工觀測雷暴資料雖表征雷電的時空分布特征，但僅由本觀測站是否聽到雷聲為準。受監(jiān)聽范圍限制，在測站稠密時，容易出現(xiàn)各站重復記錄；在測站稀疏時，各站人工監(jiān)聽的雷暴日參數(shù)實際上只能用于各分隔區(qū)域，不能表示連續(xù)區(qū)域。另外聽到的雷聲既包括云地閃發(fā)出的，也包括云內(nèi)閃和云際閃發(fā)出的，并不能準確表征地面落雷的頻繁程度。而閃電定位儀具有自動化程度高，資料客觀、準確等優(yōu)點，用其監(jiān)測雷電，可以彌補傳統(tǒng)人工觀測誤差大、主觀性強的缺點。

為了更為客觀地求得淮安地區(qū)地閃密度分布，本文綜合利用人工觀測雷電數(shù)據(jù)和閃電定位儀的監(jiān)測數(shù)據(jù)，使用時間權重法計算出地閃密度Ng[3-4]。具體做法是：

1）淮安市國家基準氣候站安裝有閃電定位系統(tǒng)，以該站點（ 118°56′E、33°38′N）為中心，按0.06°×0.06°間距，共劃分出318個格點；

2）根據(jù)人工觀測資料計算地閃密度Ng1（次/km2·a）。將劃分出的318個格點分解到6個測站，根據(jù)6個測站多年平均年雷暴日（如市區(qū)1961—2012年的年均雷暴日為31.6d），再利用GB/T 21714.2-2008中給出的Ng計算公式：

式中，Td為格點對應6個測站多年平均的年雷暴日，進而求算出該格點的地閃密度值，記為Ng1；

3）根據(jù)閃電定位儀觀測資料計算地閃密度Ng2（次/km2·a）。利用閃電定位監(jiān)測到的某地區(qū)全年地閃次數(shù)，就可以得到該地區(qū)的地閃年平均密度。計算公式為：

式中，S為以各個格點為圓心、半徑為3km的區(qū)域面積，D即為該區(qū)域內(nèi)一年的地閃次數(shù)（次/a）；

4）用時間權重法計算Ng（次/km2·a）。將用上面兩種方法計算得到的Ng1和Ng2帶入時序多指標決策TOPSIS 中的時間權重法公式：

式中，T1是人工觀測雷暴日資料的年數(shù)，T2是有閃電定位儀觀測資料的年數(shù)。

利用式（3）就可以計算出318個格點的Ng值。

5）為給出淮安地閃密度的一個宏觀分布，根據(jù)雷電活動強弱將淮安地區(qū)分為4個區(qū)域，其中地閃密度≤3.30次/km2·a為弱落雷區(qū)；3.30次/km2·a＜地閃密度≤3.70次/km2·a為一般落雷區(qū)；3.70次/km2·a＜地閃密度≤4.10次/km2·a為重落雷區(qū)；地閃密度＞4.10次/km2·a為強落雷區(qū)。

6）根據(jù)以上的區(qū)域劃分，繪制淮安地區(qū)地閃密度圖（圖3），發(fā)現(xiàn)在淮安地區(qū)約有41.5%的區(qū)域?qū)儆谝话懵淅讌^(qū)，主要分布在中部；弱雷區(qū)大多位于漣水縣境內(nèi)；而重落雷區(qū)和強落雷區(qū)集中在洪澤的南部，盱眙大部和金湖地區(qū)，共計占淮安地區(qū)36.9%的區(qū)域，其中重落雷區(qū)約占23.2%、強落雷區(qū)約占13.7%。

結合淮安的地形圖不難看出，由于淮安北部地處沖積平原，雷電發(fā)生率相對于南部來說較少。南部的盱眙境內(nèi)，丘陵山區(qū)地形對中尺度雷暴系統(tǒng)有動力抬升作用，可以加深對流；洪澤、盱眙和金湖境內(nèi)相對于淮安的北部地區(qū)有較多水域，由于陸地與水體之間的下墊面差異，受日射增溫的速度相差很大，構成了冷熱源水平和垂直的差異，從而形成對流，所以洪澤南部，盱眙大部和金湖地區(qū)多雷暴發(fā)生也是必然的。

4 結論

淮安地區(qū)總地閃次數(shù)有明顯的季節(jié)變化特征，呈單峰型分布。1，10，11，12月很少發(fā)生閃電，2—5月閃電略有增加，6月閃電開始增多，7，8月猛增，9月驟減。

淮安地區(qū)的地閃密度分布特征是南多北少。淮安北部地處沖積平原，雷電發(fā)生率相對較少，重落雷區(qū)和強落雷區(qū)集中在洪澤的南部、盱眙大部和金湖地區(qū)，因此這些區(qū)域相較其他區(qū)域而言更應注重雷電防護。

[1] 李霞, 汪慶森, 鞏晴霞, 等. 蘇州地區(qū)雷電分布規(guī)律分析. 氣象科學, 2006, 26(4): 442-448.

[2]劉梅, 魏建蘇, 俞劍蔚, 等. 近57a江蘇省雷暴日時、空分布氣候特征. 氣象科學, 2009, 29(6): 827-832.

[3]馮民學, 焦雪, 韋海容, 等. 江蘇省雷電分布特征分析. 氣象科學, 2009, 29(2): 246-251.

[4] 高燚, 勞小青, 李健生, 等. 雷擊風險評估中雷擊大地年平均密度的計算. 氣象研究與應用, 2009, 30(3): 68-70.

Analysis of Lightning Density in Huaian Region

Zhang Dehong, Wang Su, Tang Yu, Wang Shanqi
(Huai’ an Meteorological Bureau, Huai’ an 223001)

By studying the cloud-to-ground (CG) data from 2007 to 2012 and the observational data of thunderstorm of six stations in Huai’an during 1961 to 2012, the climatic characteristics of the lightning are analyzed. The results show that the numbers of lightning in one day have a close relationship with their activity intensity and frequency on the same day. Seasonal variations of lightning are unimodal distribution and the extreme value always appears in July or August. The lightning activities occurred more frequently in southern regions than in northern regions. Lightning protection should be an important task particularly in regions surrounding the south of Hongze Lake, Xuyi and Jinhu.

lightning location system, lightning characteristics, lightning density distribution, time-weighted average method

10.3969/j.issn.2095-1973.2015.06.010

2014年5月14日；

2015年4月1日

張德宏（1963—），Email: hafl001@126.com