王學(xué)良，張科杰，余田野，汪姿荷

（湖北省防雷中心，武漢 430074）

湖北地區(qū)云地閃電頻次及雷電流幅值時(shí)間分布特征

王學(xué)良，張科杰，余田野，汪姿荷

（湖北省防雷中心，武漢 430074）

為進(jìn)一步深入研究云地閃電頻次及雷電流幅值隨時(shí)間變化特征，為雷電防護(hù)工程設(shè)計(jì)和雷電災(zāi)害防御工作提供依據(jù)。根據(jù)湖北省2006年12月－2013年雷電定位系統(tǒng)（Lightning Location System，LLS）監(jiān)測(cè)的相關(guān)資料，采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法，對(duì)云地閃電頻次和雷電流幅值的年、季、月、日等時(shí)間分布進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。結(jié)果表明，年平均負(fù)閃電頻次占95.9%，正閃占4.1%，平均正閃電強(qiáng)度47.2 kA，負(fù)閃34.5 kA，總閃35.1 kA。夏季閃電最多，主要發(fā)生在白天；冬季閃電最少，主要發(fā)生在夜間。閃電頻次月變化呈單峰型，7月閃電最多，12月最少，3－9月份閃電次數(shù)占全年閃電97.0%，7－8月為雷電高發(fā)期，6－9月白天閃電多于夜間，其他月份夜間多于白天。正閃電強(qiáng)度月變化大致呈 “V”型，負(fù)閃電強(qiáng)度月變化幅度較小。閃電頻次和強(qiáng)度日分布均呈單峰單谷型，最大值一般出現(xiàn)在清晨至上午氣溫相對(duì)較低的時(shí)段，最小值出現(xiàn)在氣溫相對(duì)較高的午后至傍晚時(shí)段。正閃電頻次百分比月變化大致呈 “U”型，1月和12月份正閃百分比在30%以上，其他月份較低，日分布大致呈單峰單谷型，最大值在10－11時(shí)，最小值在14－15時(shí)。正閃電強(qiáng)度與氣溫高低呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。其主要原因可能與空氣密度有一定關(guān)系，具體原因有待進(jìn)一步研究。

閃電；頻次；雷電流；幅值；時(shí)間分布

0 引言

閃電尤其是云與大地間的閃電（地閃）常常造成電力系統(tǒng)、電子系統(tǒng)故障或損壞，引起油庫(kù)和森林火災(zāi)等雷電災(zāi)害，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和人們生命財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅[1-2]。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)，全球每年因雷電造成的人員傷亡超過(guò)1萬(wàn)人，所造成的損失在10億美元以上，我國(guó)也是全球雷電災(zāi)害的多發(fā)區(qū)之一，全國(guó)平均每年因雷擊傷亡人數(shù)達(dá)3 000人左右[3-4]。我國(guó)高壓輸電線路由于雷擊引起的跳閘次數(shù)占總跳閘次數(shù)的40%～70%，雷電已經(jīng)成為嚴(yán)重影響電網(wǎng)安全運(yùn)行的重要因素[5]。因此，對(duì)云地閃活動(dòng)特征的研究，一直被國(guó)內(nèi)外學(xué)者所關(guān)注，對(duì)其研究也在不斷深入。

早在1897年，意大利學(xué)者便利用鐵磁物質(zhì)記錄雷電流幅值。最近幾十年，世界許多國(guó)家都對(duì)雷電參數(shù)進(jìn)行了觀測(cè)[6]。20世紀(jì)70年代末，由美國(guó)科學(xué)家提出并實(shí)現(xiàn)了雷電遙感定位技術(shù)，1987年世界上第一套雷電定位系統(tǒng)（lightning location system，LLS）在美國(guó)建成，我國(guó)第一套國(guó)產(chǎn)LLS于1993年在安徽電網(wǎng)投入工程運(yùn)用[7-8]。目前中國(guó)電網(wǎng)已建成了29個(gè)省域的雷電監(jiān)測(cè)網(wǎng)，我國(guó)氣象部門已建成覆蓋30個(gè)省、市、自治區(qū)的雷電監(jiān)測(cè)網(wǎng)，探測(cè)子站共計(jì)300多個(gè)[9-11]。由于LLS能實(shí)時(shí)遙測(cè)并顯示地閃放電的極性、時(shí)間、位置和雷電流幅值等參數(shù)，為進(jìn)一步研究區(qū)域雷電活動(dòng)特征提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。國(guó)內(nèi)研究者[12-16]對(duì)京津冀及山東、湖北、江蘇、成都等地區(qū)的雷電活動(dòng)時(shí)空特征曾做過(guò)大量的研究。袁鐵等[17]利用衛(wèi)星上攜帶的閃電探測(cè)儀所獲得的8年閃電資料，對(duì)我國(guó)閃電活動(dòng)的空間分布、季節(jié)和日變化等特征進(jìn)行了分析。李家啟等[18]采用重慶地區(qū)2006-2008年閃電定位資料，分析了閃電頻次、幅值、波頭陡度和時(shí)間分布特征。劉巖等[19]根據(jù)浙江和甘肅兩地區(qū)的地閃資料，對(duì)兩地區(qū)地閃的時(shí)間變化規(guī)律和強(qiáng)度及其差異進(jìn)行了對(duì)比分析。但是，對(duì)閃電頻次和雷電流幅值的時(shí)間分布研究有待進(jìn)一步深入，且雷電活動(dòng)的地域差異十分顯著，閃電頻次和雷電流幅值是反映雷電活動(dòng)的重要參數(shù)，是雷電防護(hù)工程設(shè)計(jì)和雷擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中的重要參數(shù)[20-22]。為此，筆者根據(jù)湖北省2007-2013年LLS監(jiān)測(cè)的云地閃次數(shù)和雷電流幅值等相關(guān)資料，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，旨在進(jìn)一步深入了解云地閃電頻次和雷電流幅值隨時(shí)間變化特征，為雷電防護(hù)工程設(shè)計(jì)、雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和雷電災(zāi)害應(yīng)急服務(wù)等工作提供參考。

1 資料來(lái)源與統(tǒng)計(jì)方法

ADTD（advanced direction finding on time difference）雷電定位系統(tǒng)是采用磁向和時(shí)差聯(lián)合法進(jìn)行雷電探測(cè)的第2代地閃定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以給出云地閃電發(fā)生的極性、雷電流幅值強(qiáng)度、位置和回?fù)舸螖?shù)等信息[23]。該系統(tǒng)包含13個(gè)探測(cè)子站，單站探測(cè)范圍約為150 km，組網(wǎng)后網(wǎng)內(nèi)理論定位精度優(yōu)于300 m，強(qiáng)度相對(duì)誤差優(yōu)于15%[24-25]。根據(jù)湖北省ADTD雷電定位系統(tǒng)2006年12月1日-2013年12月31日監(jiān)測(cè)的相關(guān)資料，分別統(tǒng)計(jì)年、季、月、日及逐日各時(shí)段的正閃、負(fù)閃、總閃電次數(shù)和雷電流幅值。采用3-5月、6-8月、9-11月和12月到次年2月分別代表春、夏、秋、冬4個(gè)季節(jié)。每日08-20（08＜≤20）時(shí)、20-08（20＜≤08）時(shí)和 0-24（00＜≤24）時(shí)，分別代表白天、夜間和全天。按照整點(diǎn)分別統(tǒng)計(jì)0-1（0＜≤1，下同）時(shí)，1-2 時(shí)，…，22-23 時(shí)，23-0 時(shí)（北京時(shí)）的閃電次數(shù)和雷電流幅值強(qiáng)度，標(biāo)記為1時(shí)，2時(shí)，…，23時(shí)，0時(shí)的閃電次數(shù)和雷電流幅值平均強(qiáng)度。年、季、月和每日各時(shí)段的平均雷電流幅值，分別由相應(yīng)時(shí)段內(nèi)的雷電流幅值總和與其對(duì)應(yīng)的閃電次數(shù)總和之比求得。

2 閃電頻次時(shí)間分布特征分析

2.1 年際分布特征

統(tǒng)計(jì)2007－2013年各年正地閃（正閃）、負(fù)地閃（負(fù)閃）、總地閃（總閃）和晝夜閃電（正閃+負(fù)閃）頻次，并計(jì)算正閃頻次占總閃電百分比及晝夜閃電頻次比值（見(jiàn)表1）。從表1可知，湖北地區(qū)2007－2013年共發(fā)生3954881次云地閃電，其中，正閃為161730次，負(fù)閃3793151次，白天閃電2343364次，夜間閃電1611517次。由此可知，年平均負(fù)閃電頻次占總閃電頻次的95.9%，正閃僅占4.1%。與云南負(fù)極性閃電占96.3%，海南正極性閃電約占4.1%幾乎相同[26－27]。

表1中數(shù)據(jù)顯示，閃電頻次年際變化明顯。湖北地區(qū)2007－2013年總閃電頻次在404 699～769 225次之間，閃電多的年份（2008年），總閃電頻次高達(dá)769 225次，少的年份（2011年）總閃電僅有404 699次，前者是后者的1.9倍；年平均總閃電564 983次，其中，年平均負(fù)閃541 879次，正閃23 104次，年平均負(fù)閃頻次是正閃頻次的23.5倍，即每發(fā)生23.5次負(fù)閃電，才有可能發(fā)生1次正閃電，其主要原因是與雷雨云的結(jié)構(gòu)有關(guān)。一般雷云的下部主要帶負(fù)電荷，上部帶正電荷[28]。正負(fù)電荷積累到一定程度，將會(huì)擊穿云與大地間的空氣，對(duì)大地產(chǎn)生放電現(xiàn)象，即為云地閃電。相對(duì)位于雷云上部的正電荷而言，位于雷云下部的負(fù)電荷，離地面較近，更容易對(duì)地放電，因此，云地閃電中，絕大部分為負(fù)閃電[29]。表1中各年正閃電頻次占總閃電百分比在3.4%－5.2%之間，年平均正閃電占總閃電頻次的4.1%，這與江蘇省的4.2%基本相同[2]，但低于北京的6%及韓國(guó)的 8.72%的比例，高于福建省的 2.6%[10，30－31]。其主要原因是發(fā)生在不同地區(qū)的正閃比例有較大差異，一般來(lái)講，正閃比例會(huì)隨著緯度的增加和地面海拔高度的增加而增加[32]。

各年白天閃電頻次均多于夜間閃電頻次，晝夜閃電比值在1.1－2.0之間，年平均白天閃電334766次，占年平均閃電總數(shù)的59.3%，夜間23017次，占年平均閃電總數(shù)的40.7%，年平均白天閃電是夜間閃電頻次的1.5倍（見(jiàn)表1）。

表1 2007-2013年各年正、負(fù)、總閃及晝夜閃電頻次統(tǒng)計(jì)Table 1 The frequency for positive，negative，the total lightning and its variation between day and night

2.2 季節(jié)分布特征

根據(jù)2006年12月至2013年11月閃電資料，統(tǒng)計(jì)不同季節(jié)平均閃電頻次，并計(jì)算各季節(jié)閃電頻次占全年閃電的百分比和白天占全天閃電頻次百分比（見(jiàn)表2）。從表2可以看出，一年中，夏季閃電頻次最多，平均總閃454957次，占全年閃電頻次的80%以上，但正閃百分比最小，僅有3.2%；冬季閃電最少，平均總閃電頻次僅有6597次，僅占全年閃電頻次的1.2%，而正閃百分比最大，高達(dá)9.9%，是夏季正閃電百分比的3倍以上；春季閃電頻次和正閃百分比均高于秋季。春秋季正閃百分比均高于夏季，這與河北省近年地閃分布特征一致[33]。

表2 不同季節(jié)平均閃電頻次及其占全年平均閃電頻次的百分比Table 2 The average frequency for difference seasons’ lightning and the percentage rates for them among the whole year

統(tǒng)計(jì)資料表明，夏季白天閃電比夜間多，平均白天閃電占全天閃電的64.1%，即白天閃電頻次是夜間閃電的1.8倍，其他季節(jié)夜間閃電比白天多，冬季夜間閃電最多，夜間閃電是白天閃電頻次的2.8倍，占全天閃電的73.8%，春秋季節(jié)夜間閃電約占全天閃電的60%左右。由此說(shuō)明，夏季閃電主要發(fā)生在白天，冬季主要發(fā)生在夜間，春秋季節(jié)夜間閃電多于白天。

2.3 月分布特征

2.3.1 閃電頻次的月分布

統(tǒng)計(jì)2007-2013年各月平均正閃、負(fù)閃和總閃電頻次，并繪制圖1。圖1中顯示，閃電活動(dòng)的月變化主要呈現(xiàn)單峰型特征，峰值出現(xiàn)在7月份?？傞W和負(fù)閃電月變化基本相同，正閃與負(fù)閃電月變化差異明顯。1-7月份，負(fù)閃電頻次逐月增加明顯，正閃電頻次整體呈增加趨勢(shì)，但在4月份出現(xiàn)一個(gè)小峰值；8-12月份，正閃和負(fù)閃頻次減少明顯，其中9月份急劇減少，11月份有微弱增加。由此表明，閃電頻次隨著1-7月份氣溫逐月升高而增加，8-12月份隨氣溫逐月下降而減少[34]，即在時(shí)間變化上，閃電頻次的月變化與氣溫變化基本同步。

統(tǒng)計(jì)資料表明，一年中，7月份閃電頻次最多，平均總閃電頻次為202 933次，其中負(fù)閃196 093次，正閃6 840次；12月份閃電頻次最少，平均總閃電次僅有38次。全年閃電活動(dòng)主要集中在3-9月份，約占全年閃電頻次的97.0%，5-9月份，占全年閃電頻次的90左右%，與文獻(xiàn)[27]研究結(jié)果一致。7-8月份是雷電集中高發(fā)期，占全年閃電的70%以上；10月至次年2月份，雷電活動(dòng)較少，總閃電頻次僅占全年的3.0%,其中，12月至次年2月份，很少有雷電活動(dòng)，總閃電占全年閃電頻次的1.2%。7-8月空氣中水汽含量充足，對(duì)流云發(fā)展旺盛，0℃層高度較高，所積累的不穩(wěn)定能力增強(qiáng)，有利于云內(nèi)正負(fù)電荷的形成與積累，容易形成閃電[35],因此，7-8月份雷電活動(dòng)最強(qiáng)烈，也是雷電防護(hù)的關(guān)鍵時(shí)期。

圖1 2007-2013年月平均正閃、負(fù)閃和總閃電頻次變化Fig.1 The frequency variation for three kinds of lightnin

2.3.2 正閃百分比月分布

從圖2中的月平均正閃占總閃電百分比月變化曲線可知，正閃百分比月分布特征大致呈“U型”，即1月和12月份正閃百分比較高，月平均正閃百分比在30%以上，其他月份較低，月平均正閃百分比在2.8-11.9%之間；12月份正閃百分比最高為33.7%，8月份最低為2.8%,這與文獻(xiàn)[36]報(bào)道的結(jié)論一致。1-8月份，正閃百分比逐月減少，9-12月份，正閃百分比除10月份外，逐月增加。其主要原因可能是與云頂?shù)母叨扔嘘P(guān)，即隨著氣溫的不斷升高，對(duì)流云頂?shù)母叨认鄬?duì)增加，位于云的上部的正電荷離地面距離相對(duì)較遠(yuǎn)，正電荷擊穿空氣對(duì)地放電難度相應(yīng)增加，因此，正閃電百分比相對(duì)較低；相反隨著氣溫的降低，云頂高度相對(duì)較低，位于云的上部的正電荷離地面距離相對(duì)較近，正電荷擊穿空氣對(duì)地放電難度相應(yīng)減少，正閃電百分比相對(duì)較高。由此可見(jiàn)，在雷電活動(dòng)較少的月份，正閃電所占的比例相對(duì)較大，在雷電防護(hù)中應(yīng)當(dāng)考慮遭遇正極性雷擊的可能性。

圖2 月平均正閃頻次占總閃電次數(shù)百分比及白天占全天總閃電頻次百分比Fig.2 The percentage rates for positive lightning among total lightning and for lightning in daylight among the whole day

2.3.3 晝夜閃電頻次百分比

統(tǒng)計(jì)2007-2013年資料發(fā)現(xiàn)，白天總閃電頻次占全天總閃電百分比月變化特征，除5月份有所減少外，基本上呈單峰單谷型。峰值和谷值分別出現(xiàn)在8月和11月份（圖2所示）。一年中，8月份白天閃電百分比最大值為76.3%，最小為9.6%左右，出現(xiàn)在11月份。月平均白天閃電百分比變化明顯，6-9月份白天閃電百分比大于50%，其他月份均小于50%。也就是說(shuō)，6-9月份，白天閃電多于夜間，其他月份夜間閃電多于白天閃電。該結(jié)果與林開(kāi)平等[37]指出西風(fēng)帶云系閃電過(guò)程多出現(xiàn)在夜間，6-9月有60%的閃電過(guò)程出現(xiàn)在白天，有67%的閃電強(qiáng)盛期出現(xiàn)下午的結(jié)論一致。

2.4 日分布特征

2.4.1 閃電頻次日分布

從2007-2013年平均正閃、負(fù)閃電頻次逐小時(shí)變化圖可見(jiàn)（圖3所示），正閃、負(fù)閃和總閃電頻次日變化特征明顯，呈單峰單谷型。負(fù)閃和總閃電頻次日變化曲線基本相同。平均負(fù)閃電頻次，從11時(shí)開(kāi)始增加，至17時(shí)達(dá)最大值為49 565次/小時(shí)，從17時(shí)開(kāi)始減少，至次日11時(shí)達(dá)最小值為6 305次/小時(shí)，最大值是最小值的7.8倍以上。相對(duì)于負(fù)閃而言,正閃電頻次最大值和最小值分別比負(fù)閃推遲1個(gè)和2個(gè)小時(shí)，最大值和最小值比值僅有2.3倍左右。上述分析表明，湖北地區(qū)在16-17時(shí)前后，是雷電天氣集中發(fā)生時(shí)段，也是強(qiáng)對(duì)流災(zāi)害天氣多發(fā)時(shí)段，10-11時(shí)前后是雷電等強(qiáng)對(duì)流天氣少發(fā)時(shí)段。這與王娟等和Luis Rivas Soriano等研究的結(jié)果相一致[35-38]。

圖3 2007-2013年平均正閃、負(fù)閃和總閃電頻次逐小時(shí)變化Fig.3 The hourly variation for average positive,negative and the total lightning frequency in 2007-2013

2.4.2 不同季節(jié)閃電頻次日分布

資料分析表明，不同季節(jié)的閃電頻次的日變化差異明顯。夏季平均總閃電頻次日變化呈明顯單峰單谷型，最大值和最小值出現(xiàn)的時(shí)間分別在16-17時(shí)和10-11時(shí)；春季總閃電頻次日變化大致呈單峰單谷型，但峰值和谷值出現(xiàn)的時(shí)間分別比夏季推遲7個(gè)小時(shí)和2小時(shí)，即峰值出現(xiàn)在23-0時(shí)，谷值出現(xiàn)在 12-13 時(shí)（圖4（a）所示）。圖4（b）顯示，秋季平均總閃電頻次日變化大致呈雙峰雙谷型，雙峰分別出現(xiàn)在15-16時(shí)和0-1時(shí)，其兩峰峰值基本相同，主谷出現(xiàn)在10-11時(shí)，次谷在20-21時(shí)，主谷與次谷值差異較大；冬季總閃電頻次日變化特征是晝夜差異較大，夜間閃電明顯多于白天，最小值在10-11時(shí)，最大值在1-2時(shí)。由此說(shuō)明，夏季在傍晚16-17時(shí)，春季在午夜0時(shí)左右，秋季在午后和夜間1時(shí)前后，冬季雷電主要發(fā)生在凌晨1-2時(shí)，一般是雷電集中高發(fā)生時(shí)段，在上午10-11時(shí)前后，是雷電發(fā)生最少時(shí)段。

2.4.3 正閃百分比日分布

正閃電頻次占總閃電頻次百分比日變化特征明顯，大致呈單峰單谷型（圖5所示）。正閃百分比從15時(shí)開(kāi)始增加，至次日11時(shí)達(dá)最大值為8.7%；從11時(shí)開(kāi)始，正閃百分比減少較快，至15時(shí)達(dá)最小值僅有2.4%，平均每小時(shí)減少1.6%。其主要原因是下午14-15時(shí)，氣溫較高，此時(shí)對(duì)流云頂較高，位于云層上部的正電荷離地面較遠(yuǎn)，正電荷對(duì)地放電難度加大，因此，正閃電百分比相應(yīng)較小。

圖4（a）春季和夏季平均總閃電頻次逐小時(shí)變化（b）秋季和冬季平均總閃電頻次逐小時(shí)變化Fig.4 (a)The hourly variation for lightning frequency in spring and summer(b)The hourly variation for lightning frequency in autumn and winter

圖5 2007-2013年正閃電頻次占總閃電頻次百分比日變化Fig.5 The daily variation for positive lightning among the total lightning in 2007-2013

3 雷電流幅值時(shí)間分布特征分析

3.1 年變化特征

從表3的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以看出，正閃電強(qiáng)度年際變化在45.1-49.9 kA之間，平均為47.2 kA，標(biāo)準(zhǔn)差為1.57，負(fù)閃電強(qiáng)度在32.8-36.1kA，平均為34.5 kA，標(biāo)準(zhǔn)差為0.94，總閃電強(qiáng)度在33.5-36.9kA，平均為35.1kA，標(biāo)準(zhǔn)差為0.97；各年平均正閃電強(qiáng)度大于負(fù)閃強(qiáng)度10.5-14.9kA，平均為12.7 kA；各年夜間平均閃電強(qiáng)度均比白天大，平均偏大1.6 kA。由此可知，正閃電平均強(qiáng)度比負(fù)閃電平均偏大12 kA左右，夜間閃電強(qiáng)度比白天大。負(fù)閃強(qiáng)度較低，可能與負(fù)電荷位于云層下部，在電場(chǎng)強(qiáng)度比正閃小的情況下，就可能對(duì)地發(fā)生閃電有關(guān)。

表3 2007-2013年各年正、負(fù)、總閃電及晝夜閃電平均強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)Table 3 The average intensity for positive,negative,the total lightning and for day and night

3.2 月變化特征

圖6給出了2007-2013年各月正閃、負(fù)閃電平均強(qiáng)度分布特征。根據(jù)圖6顯示，正閃和負(fù)閃電強(qiáng)度月變化差異明顯，正閃電強(qiáng)度和變化幅度明顯大于負(fù)閃。正閃電強(qiáng)度月變化大致呈“V”型，除6月份外，1-8月份，閃電強(qiáng)度逐月減少，除11月份外，8-12月份，逐月增加明顯，負(fù)閃電強(qiáng)度，2-12月份變化幅度不大，12月和1月份增加幅度明顯。正負(fù)閃電強(qiáng)度月變化趨勢(shì)與文獻(xiàn)[38]研究結(jié)果基本一致。統(tǒng)計(jì)資料表明，負(fù)閃電強(qiáng)度最大值在12月份為43.2 kA，最小值出現(xiàn)在5月份為31.7 kA，最大值與最小值相差11.5 kA；正閃電強(qiáng)度最大值在1月份為68.3kA，最小值在8月份為40.8 kA，最大值與最小值相差27.5 kA，是負(fù)閃電強(qiáng)度變化幅度的2.4倍左右。統(tǒng)計(jì)2007-2013年湖北81個(gè)氣象臺(tái)站月平均資料表明，月平均正閃電強(qiáng)度與月平均氣溫相關(guān)系數(shù)為-0.946 0，達(dá)0.001顯著水平。由此說(shuō)明，正閃電平均強(qiáng)度和變化幅度明顯大于負(fù)閃，正閃電強(qiáng)度月變化特征與空氣溫度月變化呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，即正閃電強(qiáng)度隨月平均氣溫增高而減小，反之，溫度降低，其強(qiáng)度相應(yīng)增加。其主要原因可能與空氣密度有一定關(guān)系，具體原因有待進(jìn)一步研究。

圖6 2007-2013年各月正閃、負(fù)閃電平均強(qiáng)度分布Fig.6 The monthly distribution for lightning intensity for positive lightning and negative lightning in 2007-2013

3.3 日變化特征

為進(jìn)一步研究閃電強(qiáng)度日變化規(guī)律，統(tǒng)計(jì)2007-2013年逐小時(shí)平均正閃和負(fù)閃電強(qiáng)度（圖7所示），從圖7中可以發(fā)現(xiàn)，正閃、負(fù)閃電強(qiáng)度日變化大致呈單峰單谷型，但正閃電強(qiáng)度日變化幅度明顯強(qiáng)于負(fù)閃電。正閃電強(qiáng)度從18時(shí)開(kāi)始呈波動(dòng)式增強(qiáng)，至次日10時(shí)止達(dá)最大值為54.0kA，從10時(shí)開(kāi)始呈波動(dòng)式減少，至下午18時(shí)達(dá)最小值為42.4kA，尤其是13-16時(shí)，正閃電強(qiáng)度急劇下降。負(fù)閃電強(qiáng)度從14時(shí)開(kāi)始波動(dòng)式增加，至次日清晨6時(shí)值最大為36.7 kA，最小值為33.0 kA，出現(xiàn)在14時(shí)。正閃電強(qiáng)度最大值和最小值出現(xiàn)的時(shí)間分別比負(fù)閃均推遲4個(gè)小時(shí)，最大強(qiáng)度與最小強(qiáng)度差值是負(fù)閃的3.1倍以上。由此可知，正閃和負(fù)閃電強(qiáng)度最大值出現(xiàn)在清晨至上午氣溫相對(duì)較低的時(shí)段，最小值出現(xiàn)在氣溫相對(duì)較高的午后至傍晚時(shí)段，也就是說(shuō)，空氣溫度較低時(shí)，閃電強(qiáng)度較大，反之較小。

圖7 2007-2013年逐小時(shí)平均正閃和負(fù)閃電強(qiáng)度逐小時(shí)分布Fig.7 The hourly distribution for average lightning intensity for positive lightning and negative lightning in 2007-2013

4 結(jié)論

1）在云地閃電發(fā)生過(guò)程中，年平均負(fù)閃電頻次占總閃電頻次的95.9%，正閃占4.1%，白天閃電頻次約是夜間的1.5倍。夏季閃電頻次最多，主要發(fā)生在白天，夏季正閃百分比最?。欢鹃W電頻次最少，主要發(fā)生在夜間，冬季正閃百分比最大；春秋季夜間閃電頻次多于白天，春季閃電頻次和正閃百分比均高于秋天。

2）閃電頻次月變化呈現(xiàn)單峰型，7月份閃電頻次最多，12月份閃電頻次最少。6－9月份，白天閃電多于夜間，其他月份夜間閃電多于白天閃電。1月和12月份正閃百分比在30%以上，其他月份較低，日分布大致呈單峰單谷型，最大值在10－11時(shí)，最小值在14－15時(shí)。

3）閃電頻次日分布呈單峰單谷型，負(fù)閃頻次最大值在16－17時(shí)，最小值在10－11時(shí)，正閃頻次最大值和最小值分別比負(fù)閃推遲1個(gè)和2個(gè)小時(shí)。一般在10－11時(shí)前后，是雷電發(fā)生最少時(shí)段。夏季在傍晚16－17時(shí)，春季在午夜0時(shí)左右，秋季在午后和夜間1時(shí)前后，冬季雷電主要發(fā)生在凌晨1－2時(shí)，是雷電集中發(fā)生時(shí)段。

4）年平均正閃電強(qiáng)度47.2 kA，負(fù)閃34.5 kA，總閃35.1 kA，年平均正閃電強(qiáng)度比負(fù)閃大12.7 kA。正閃電強(qiáng)度最大值在1月份，最小值在8月份；負(fù)閃電強(qiáng)度，2－12月份變化幅度不大，12月和1月份增加幅度明顯。

5）正閃、負(fù)閃電強(qiáng)度日變化大致呈單峰單谷型。正閃電強(qiáng)度最大值出現(xiàn)在上午9－10時(shí)，最小值在下午17－18時(shí)；負(fù)閃電強(qiáng)度最大值和最小值出現(xiàn)的時(shí)間均比正閃電提前4個(gè)小時(shí)。正閃和負(fù)閃電強(qiáng)度最大值出現(xiàn)在清晨至上午氣溫相對(duì)較低的時(shí)段，最小值出現(xiàn)在氣溫相對(duì)較高的午后至傍晚時(shí)段。

6）根據(jù)閃電頻次和雷電流幅值時(shí)間分布特征，結(jié)合各自行業(yè)雷電防護(hù)的重點(diǎn)時(shí)間段，提出相應(yīng)的雷電防護(hù)措施。正閃電強(qiáng)度最大值一般出現(xiàn)在氣溫相對(duì)較低的時(shí)段，最小值出現(xiàn)在氣溫相對(duì)較高的時(shí)段。其主要原因可能與空氣密度有一定關(guān)系，具體原因有待進(jìn)一步研究。

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The Time Distribution Characteristics on Frequency and Peak Current of Cloud-to-Ground Lightning in Hubei Province

WANG Xueliang，ZHANG Kejie，YU Tianye，WANG Zihe
（Lightning Protection Center of Hubei Province，Wuhan 430074，China）

In order to provide evidence for lightning protection engineering design and lightning disaster protection work，further in－depth study is carried out on the variation of lightning frequency and lightning peak current.According to the monitored data of lightning location system（LLS）from December 2006 to 2013 in Hubei province，the annual variation，seasonal variation，monthly variation and daily variation of lightning frequency and lightning peak current are analyzed by mathematical statistics method.The results show that average negative lightning occupies 95.9%of the whole lightning，and the positive lightning occupies 4.1%；the average intensity for positive lightning is 47.2 kA，and it is 34.5 kA for negative lightning，and 35.1kA for the whole lightning.Summer is the peak time for lightning，in this season most lightning happens in daytime，while in winter，lightning is the least，and often happens at night.The monthly variation for lightning presents to be a single peak form，the largest proportion happens in July，and smallest is in December.The lightning which happens in March to September occupies 97%of the whole lightning around the year，however，it is even more frequent in July to August.From June to September，lightning in daytime is more than that at night，but in other month，it is reversed.The density variation for positive lightning appears to be a V－shaped form while it is much more stable for negative lightning.The daily distribution for lightning frequency and lightning density is a single peak and single valley form，its maximum value appears in the morning which has lower temperature，and the minimum value is in the afternoon when it has higher temperature.The monthly percentage distribution for positive lightning turns to be an U-shaped type，in December and January，the positive lightning occupies above 30%of the whole lightning，but the data is smaller in any other month，and its daily percentage variation turns to be a single peak and single valley form，its peak value appears at 10-11am，and valley value is at 14-15pm.There is obvious inverse correlation between the density of positive lightning and temperature，however the main reason seems to be connected with the density of air，specific reasons need to be further investigated.

lightning；lightning frequency；lightning current；peak value；time distribution

10.16188/j.isa.1003－8337.2017.03.001

2016－02－25

王學(xué)良（1962—），男，高級(jí)工程師，主要從事雷電氣候和雷電防護(hù)技術(shù)與方法研究。

湖北省雷電災(zāi)害防御科研專項(xiàng)（編號(hào)：FL－Z－201401）。