張嵐彪

(包頭市土默特右旗氣象局，內蒙古 包頭 014100)

雷電是我國比較嚴重的自然災害之一，每年給我們國家無論從經濟還是人員上都造成了巨大的損失，近幾年，雷減災已經成為氣象部門重點開展的工作之一。閃電一般產生于對流發(fā)展旺盛的積雨云中，具有極強的破壞性[1]。近些年，國內大多學者結合氣象資料與ArcGIS技術研究閃電活動特征，區(qū)域性閃電活動特征的研究以成為近年來雷電方面研究的重要方向之一。王學良[2]利用13個云地閃定位儀研究了湖北地區(qū)云地閃時間空間分布特征，張雅斌[3]利用2005年～2015年閃電觀測和NCEP再分析資料，對陜西省地閃時間空間分布及氣候環(huán)流特征進行統(tǒng)計分析，得出陜西地閃主要分布在黃土高原東側、南側和秦巴山脈南麓的迎風坡，正閃電主要位于陜北和陜南西部局地。馬明，等[4]基于星載OTD和LIS共8a的閃電數據資料，分析了我國及周邊地區(qū)閃電密度與氣候特征的關系，得出閃電與氣候相關性。國內外學者[5～7]對全球和中國大多地方的閃電性特征都進行了相關性研究。除此之外，國內外學者對我國北京、天津、上海等地閃電活動特征與氣象要素之間的關系進行了詳細的統(tǒng)計和分析，為我國區(qū)域性防災減災提供了有力的支撐。包頭地區(qū)地形由中部山岳地帶，山北高原草地，山南平原三部分組成，地勢中間高、南北低，西高東低，且受氣候的影響，包頭地區(qū)是內蒙古地區(qū)發(fā)生雷暴頻率較高地區(qū)之一，雷電災害發(fā)生概率大，且包頭地區(qū)閃電特征研究文獻較少，地閃定位資料應用不多。

1 研究方法及資料

1.1 方法

數理統(tǒng)計法：用EXCEL軟件對各年閃電頻次與雷電流強度數據進行數理統(tǒng)計計算與篩選(消除由于閃電定位儀設備原因導致的閃電數據異常值)，得出包頭9個地區(qū)閃電頻次與雷電流強度數據分析閃電頻次強度變化特征。

空間分析法：ArcGIS是集空間數據顯示、編輯、查詢檢索、統(tǒng)計、報表生成、空間分析和高級制圖等眾多功能于一體的桌面應用地理信息系統(tǒng)平臺，由3個重要部分組成：ArcGIS桌面軟件、ArcSDE、ArcIMS軟件通過這3個應用的協(xié)調工作，可以完成任何從簡單到復雜的GIS工作，包括制圖，數據管理，地理分析和空間處理。還包括與Internet地圖和服務的整合，地理編碼，高級數據編輯，高質量的制圖，動態(tài)投影，元數據管理，基于向導的截面和對近40種數據格式的直接支持。筆者用ArcGIS軟件對包頭地區(qū)矢量圖差值分析繪制出包頭地區(qū)閃電頻次與強度空間分布圖分析閃電空間變化。

1.2 資料

現(xiàn)階段，全內蒙古已有56個ADTD地閃定位儀，呼包烏地區(qū)已有13個三維全閃定位儀，重點單位雷電臨近預警時效已達到0～1h，大氣電場城市網格化預警精度達1km×1km。中心處理數據位于內蒙古自治區(qū)信息中心，包頭地區(qū)有一個地閃定位儀，考慮到通用性、資料的完整性本文用2015年～2018年包頭地區(qū)ADTD地閃定位儀資料，采用時差側向混合算法，資料包括閃電發(fā)生時間、經緯度、雷電流強度、陡度、區(qū)域屬性。

2 地閃活動特征

2.1 地閃頻次特征

表1包頭地區(qū)閃電頻次

根據4年的地閃數據利用EXCEL軟件對各年閃電頻次與雷電流強度數據進行統(tǒng)計計算與篩選，得到包頭各地區(qū)閃電頻次數據并列表。從表中我們可以看出包頭地區(qū)達爾罕茂明安聯(lián)合旗4年來地閃發(fā)生次數最多，白云鄂博礦區(qū)發(fā)生地閃次數最少，包頭市區(qū)九原區(qū)閃電次數最多為3 790次，青山區(qū)閃電次數最少為1 120次，市區(qū)總共發(fā)生10 505次閃電。

2.2 地閃頻次空間分布特征

用ArcGIS軟件建立1km×1km網格用矢量轉柵格插值法繪制出包頭地區(qū)2015年～2018年閃電密度空間分布圖，東河區(qū)年平均閃電密度為5.68次/km2，昆都侖區(qū)年平均閃電密度為2.96次/km2，青山區(qū)年平均閃電密度為4.4次/km2，石拐區(qū)年平均閃電密度為5.3次/km2，白云鄂博礦區(qū)年平均閃電密度為3.06次/km2，九原區(qū)年平均閃電密度為2.7次/km2，土默特右旗年平均閃電密度為4.2次/km2，固陽縣年平均閃電密度為3.1次/km2，達爾罕茂明安聯(lián)合旗年平均閃電密度為2.4次/km2。包頭地區(qū)地閃密度大的地方集中于達茂旗東南部，土默特右旗北部和南部，包頭市大部分地區(qū)，其他地區(qū)地閃密度較小。初步原因分析，閃電密度分布情況與包頭地區(qū)海拔有一定的關系，海拔越高地區(qū)閃電發(fā)生次數越多，閃電密度越高強度越大遭受雷擊概率越大，雷災事故發(fā)生率越大，對這些地區(qū)需要重點防災減災的預防,加強防雷減災安全知識的宣傳工作。

圖1 閃電頻次空間分布

圖2 閃電強度空間分布

2.3 地閃強度空間分布特征

用ArcGIS軟件建立1km×1km網格用矢量轉柵格插值法繪制出包頭地區(qū)2015年～2018年雷電流強度空間分布圖，包頭地區(qū)正地閃平均雷電流強度為50.4kA，負地閃平均雷電流強度為27.05kA,東河區(qū)平均雷電流強度為27.37kA，昆都侖區(qū)平均雷電流強度為29.39kA，青山區(qū)平均雷電流強度為24.06kA，石拐區(qū)平均雷電流強度為25.68kA，白云鄂博礦區(qū)平均雷電流強度為26.92kA，九原區(qū)平均雷電流強度為27.37kA，土默特右旗平均雷電流強度為28.57kA，固陽縣平均雷電流強度為27.83kA，達爾罕茂明安聯(lián)合旗平均雷電流強度為26.71kA。雷電流強度空間分布很不均勻，從圖中可以看出包頭地區(qū)整體雷電流強度呈現(xiàn)西大東小特點，強度高值在40kA～50kA的地區(qū)分3個部分，分別是達茂旗西北部，固陽縣中部，土右旗東部。

3 結論

筆者利用2015年～2018年包頭地區(qū)ADTD地閃數據主要對包頭地區(qū)閃電空間活動特征進行分析得出以下結論：①包頭地區(qū)地閃頻次空間活動有明顯的地域分布特征，包頭市區(qū)青山區(qū)、石拐區(qū)、東河區(qū)地閃發(fā)生頻次較高且分布相對集中。4年總地閃發(fā)生次數為90 943次，其中負地閃發(fā)生頻73 292次，正地閃次數17 651，負地閃共占總地閃91.7%，正地閃次占總地閃8.23%，地閃主要以負地閃為主。②包頭地區(qū)雷電流強度空間活動有明顯的地域分布特征，且雷電流強度分布較分散，具有明顯的區(qū)域特性。強度高值集中于達茂旗東南部，固陽縣中部，包頭地區(qū)雷電流強度均值為27.05kA。

在實際研究中，人們還發(fā)現(xiàn)雷電空間分布特征不僅與氣候因素存在的一定關聯(lián)，還與地形下墊面存在很大的關系。在不同的地形區(qū)域條件下，閃電活動特征存在著巨大空間分布特征，不同地表環(huán)境具有不同的海拔、坡度、坡向等地形要素，在此基礎上，雷電發(fā)生的閃電頻率、雷電流強度等參數也存在極大差異。由于研究數據資料的有限性，分析時間的跨度短，這給研究結果會帶來一定的影響，造成數據的偏差，尤其對于影響平均閃電電流強度特性方面的研究還稍顯不足。但通過實際的數據校準使得閃電數據的準確性得到極大提高，從通過GIS制作的閃電空間區(qū)域分布圖的效果上也可以看出，包頭市閃電強度具有規(guī)律性的分布。今后我們還會通過研究時間的擴增和閃電數據資料的不斷累積，進一步完善該研究，為區(qū)域性防雷減災奠定良好基礎。