馮 鶴，臧 舒，楊 蕊

（1.河北省氣象行政技術服務中心，河北 石家莊 050000；2.宜興市氣象局，江蘇 無錫 214200；3.滄州市渤海新區(qū)氣象局，河北 滄州 061000）

雷電災害是最嚴重的自然災害之一，雷電密度和強度是影響雷電災害損失程度的重要因素。相關研究表明，地形變化會引起雷電參數(shù)發(fā)生相應變化，李瑞芳等[1]利用電氣幾何模型（EGM）中的擊距理論推導了山頂、山谷、山腳地區(qū)落雷分布系數(shù)理論計算公式，并利用某省雷電定位系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行了實例驗證，得到山頂?shù)貐^(qū)地閃密度大于山谷、山腳地區(qū)地閃密度，山體坡度越大不同地區(qū)的地閃密度差異越明顯；趙生昊等[2]研究了重慶市雷電參數(shù)與地形因素的關系，得出海拔高度、坡向?qū)Φ亻W密度的影響，認為坡度與地閃密度呈負相關關系；王學良等[3]研究了湖北省山區(qū)與平原雷電分布及參數(shù)特征，得到山區(qū)地閃密度略高于平原，平原正地閃百分比稍高于山區(qū)。但不同地區(qū)受氣候條件、地質(zhì)地貌影響，對強對流天氣影響機制、程度、主導因子不盡相同，雷電活動規(guī)律各有差異[4]，精細化研究特定區(qū)域微觀地形對雷電活動規(guī)律的影響，得到更加準確的雷電分布特征，可有效提升雷電防御水平。

太行山是中國東部地區(qū)重要山脈和地理分界線，綿延400余千米，最高峰高3 058 m，號稱華北屋脊，大部分海拔在1 200 m以上，地形起伏明顯，對雷電產(chǎn)生和發(fā)展過程影響顯著。本文利用閃電定位資料以及全國數(shù)字高程模型（地理空間數(shù)據(jù)云平臺下載的30 m分辨率DEM）資料[5]，分析太行山脈閃電分布特征以及地形因素對雷電活動特征的影響，為太行山脈雷電防御工作以及進一步研究地形對雷電的影響提供參考。

1 太行山脈地形特點

太行山是中國重要的地形單元分界線，分布范圍主要涉及北京、河北、山西、河南4省市，東鄰華北平原、西面黃土高原、北接蒙古高原、南止于黃河谷地。太行山高程分布如圖1所示，太行山高程范圍為﹣49～3 072 m，山勢東陡西緩、北高南低，東翼由中山、低山、丘陵過渡到平原，為斷層構造，相對高差達1 500～2 000 m；西翼連接山西高原，地勢落差小，起伏較為緩和；北端最高峰為位于河北境內(nèi)的小五臺山，高2 882 m；南端高峰為陵川的佛子山、板山，海拔分別為1 745 m、1 791 m[6]。

圖1 太行山高程分布圖

2 太行山脈雷電分布特征

2.1 空間分布特征

根據(jù)2015—2020年閃電定位資料，計算1 km2范圍內(nèi)每年發(fā)生的閃電頻次以及發(fā)生閃電的平均強度，借助Surfer軟件應用克里金插值法作閃電頻次、閃電強度等值線，得到閃電頻數(shù)、閃電強度分布圖[7]。1 km2范圍內(nèi)年平均閃電頻數(shù)分布如圖2所示，由圖2可知，閃電頻數(shù)不均勻，閃電發(fā)生頻次為中部、北部多于南部，高發(fā)地主要分布在山脈東部且海拔較低區(qū)域，與太行山氣候特點相一致，因太行山為東北—西南走向，與中國東南季風垂直，東南季風受山體抬升影響，容易形成強對流天氣[8]。1 km2范圍內(nèi)平均閃電強度分布如圖3所示，由圖3可知，平均閃電強度與地理位置相對關系不明顯，平均閃電強度較高區(qū)域山脈南側(cè)較為集中。

圖2 1 km2范圍內(nèi)年平均閃電頻數(shù)分布圖

圖3 1 km2范圍內(nèi)平均閃電強度分布圖

2.2 時間分布特征

圖4給出了2015—2020年太行山月發(fā)生閃電頻次占全年閃電次數(shù)百分比以及正閃電占當月總閃電次數(shù)百分比變化趨勢。由圖4可知，一年中，閃電主要分布在6—8月，閃電次數(shù)占全年總閃電次數(shù)的89.8%，為閃電高發(fā)期，5月、9月、10月閃電次數(shù)較多，閃電次數(shù)占全年總閃電次數(shù)的8.3%，為閃電多發(fā)期。同時，閃電多發(fā)的5—10月，正閃電占比均低于50%，平均占比30.8%，閃電以負閃電為主，而1—3月、11月，正閃電發(fā)生次數(shù)高于負閃電[9]，4月、12月正閃電占比分別為50.37%、49.55%，正負閃電數(shù)量無明顯差距。

圖4 太行山區(qū)雷電月分布圖

應用自然間斷點分級法對高程進行分類，統(tǒng)計不同高程段閃電月發(fā)生次數(shù)，如圖5所示。由圖5可知，全部高程區(qū)域6—8月均為閃電高發(fā)期，但閃電發(fā)生最多月份因高低海拔區(qū)域有區(qū)別，高程437 m以下區(qū)域閃電發(fā)生次數(shù)最多月份為8月，次高月份為7月，其他高程區(qū)域閃電發(fā)生次數(shù)最多月份均為7月，次高月份為8月，此外，高程437 m以下2個高程段5月和4月閃電發(fā)生次數(shù)變化率大于其他區(qū)域，較早進入閃電多發(fā)期。

圖5 不同高程段閃電月分布圖

3 太行山脈地形因素對雷電的影響分析

3.1 方法

以DEM資料為基礎，使用ArcGis中的3DAnalyst工具提取高程、坡度、坡向因素。高程是某點沿鉛垂線方向到絕對基面的距離；坡度指過該點的切平面與水平地面的夾角，表示地表面在該點的傾斜程度；坡向是地表面上一點切平面的法線矢量在水平面的投影與過該點正北方向的夾角，表征了該點高程值改變最大變化方向[10]。根據(jù)自然間斷點分級法對高程和坡度進行分類。通過提取工具提取將各因素提取至1 km2網(wǎng)格年平均閃電頻數(shù)和閃電強度，根據(jù)提取結果分析各因素對應的閃電分布特征。

3.2 高程對雷電的影響

不同高程段網(wǎng)格平均閃電頻數(shù)、強度分布分別如圖6、圖7。由6圖可知，高程分級988～1 074 m段，網(wǎng)格平均閃電頻數(shù)達到最低值后，各分級高程段間網(wǎng)格平均閃電頻數(shù)明顯呈上升趨勢，認為太行山高程1 000 m以下區(qū)域閃電發(fā)生概率無明顯變化，超過1 000 m后，閃電發(fā)生概率隨高度增加。由圖7可知，網(wǎng)格平均閃電強度與頻率規(guī)律正好相反，在高程分級988～1 074 m段后，各分級高程段間網(wǎng)格平均閃電強度呈下降趨勢，但變化不明顯。

圖6 不同高程段網(wǎng)格平均閃電頻數(shù)分布圖

圖7 不同高程段網(wǎng)格平均閃電強度分布圖

3.3 坡度對雷電的影響

不同坡度段網(wǎng)格平均閃電頻數(shù)、強度分布分別如圖8、圖9所示。由圖8可知，網(wǎng)格平均閃電頻數(shù)在中心點坡度11.42～46.59范圍內(nèi)較為平穩(wěn)，小于11.42以及大于46.59坡度范圍內(nèi)有明顯變化，整體來看，坡度較大網(wǎng)格閃電頻數(shù)較高。由圖9可知，網(wǎng)格平均閃電強度隨中心點坡度變化不明顯，整體較為平穩(wěn)。

圖8 不同坡度段網(wǎng)格平均閃電頻數(shù)分布圖

圖9 不同坡度段網(wǎng)格平均閃電強度分布圖

3.4 坡向?qū)纂姷挠绊?/h3>

不同坡向網(wǎng)格平均閃電頻數(shù)、強度分布分別如圖10、圖11所示。除平面網(wǎng)格平均閃電頻數(shù)較少、平均閃電強度較大外，不同坡向閃電發(fā)生頻次、強度無明顯變化。

圖10 不同坡向網(wǎng)格平均閃電頻數(shù)分布圖

圖11 不同坡向網(wǎng)格平均閃電強度分布圖

4 結論

分析太行山閃電活動特征，得到以下結論：①太行山山勢東陡西緩、北高南低，閃電發(fā)生頻數(shù)為中部、北部多于南部，東部多于西部，平均閃電強度較高區(qū)域山脈南側(cè)較為集中；②5—10月閃電多發(fā)，負閃電明顯多于正閃電，低海拔區(qū)域，較早進入閃電多發(fā)期，閃電發(fā)生次數(shù)最多月份為8月，次高月份為7月，高海拔區(qū)域閃電發(fā)生次數(shù)最多月份均為7月，次高月份為8月；③閃電發(fā)生頻率與高程、坡度存在一定相關性，較高海拔區(qū)域，發(fā)生頻率隨高程、坡度增加而增加。