湖北黃岡地區(qū)2006—2011年閃電時空分布特征

王 慧，王沛濤，高玉龍

（1.黃岡市氣象局，湖北 黃岡438000；2.邯鄲市氣象局，河北 邯鄲056000）

閃電通常發(fā)生于對流天氣過程中，因經(jīng)常伴隨著瞬間強(qiáng)放電現(xiàn)象，極易造成建筑物、電力電子設(shè)備、家用電器損毀，甚至人身傷害。因此，分析閃電的時空分布特征可以有效地指導(dǎo)雷電防御工作。黃岡市位于湖北省東部，其北部處于大別山脈地區(qū)，南部位于長江中游北岸，是湖北省受雷擊災(zāi)害較重的地區(qū)[1]。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，黃岡地區(qū)每年都發(fā)生因雷電造成的人員傷亡事件，并直接造成不同程度的經(jīng)濟(jì)損失。隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快，雷電造成的災(zāi)害損失已呈明顯上升趨勢，雷電災(zāi)害已被公認(rèn)為最嚴(yán)重的10種自然災(zāi)害之一。近年來，隨著閃電定位系統(tǒng)的大量安裝，已經(jīng)能夠精確探測到閃電發(fā)生的時間、地點(diǎn)、電流強(qiáng)度與極性等詳細(xì)參數(shù)數(shù)據(jù)，利用這些數(shù)據(jù)可以有效研究閃電的分布規(guī)律、強(qiáng)度等各類特征。國內(nèi)許多學(xué)者應(yīng)用閃電定位資料對閃電的時空分布特征等進(jìn)行了深入細(xì)致的研究工作[2-8]。如王學(xué)良等[2－3]利用湖北省13個站的閃電定位資料對湖北地區(qū)閃電的時空變化進(jìn)行了分析研究；成勤等[4]利用我國中部5省52個站的閃電定位資料對5省區(qū)域閃電的時空變化進(jìn)行了分析研究；焦雪等[5]、馮民學(xué)等[6]利用電閃資料對江蘇省閃電的日變化、年變化、電流強(qiáng)度、密度等進(jìn)行了分析；馮桂力等[7]、張文煜等[8]分別利用5站和13站的閃電定位資料研究了山東地區(qū)的雷電分布特征。本文利用湖北省13個站ADTD型雷電探測系統(tǒng)提供的探測資料,針對黃岡地區(qū)的閃電活動進(jìn)行分析，研究其分布規(guī)律和特征，為本地雷電防御、風(fēng)險評估工作等提供參考依據(jù)。

1 資料和分析方法

閃電資料來源于設(shè)置在湖北省的13個ADTD閃電定位儀探測資料，包括閃電發(fā)生時間、地理位置（經(jīng)、緯度）、閃電電流強(qiáng)度、極性（正、負(fù)閃電)、雷電流波頭陡度等主要參數(shù)。采用2006—2011年探測到的閃電資料,提取出現(xiàn)在黃岡市所屬行政區(qū)域內(nèi)閃電資料，統(tǒng)計(jì)分析正、負(fù)閃電次數(shù)、電流平均強(qiáng)度及其所占閃電總數(shù)的百分比。按北京時整點(diǎn)時段00—01、01—02、……、22—23、23—00 統(tǒng)計(jì)每日逐小時內(nèi)閃電次數(shù)，用以分析閃電的日變化特征。統(tǒng)計(jì)6 a逐月的平均閃電次數(shù)，分析閃電的年變化特征。將閃電電流強(qiáng)度值≤300 kA的閃電，按照10 kA間隔分成30段，分別統(tǒng)計(jì)各閃電強(qiáng)度段內(nèi)的閃電次數(shù)及其占閃電總數(shù)的百分比，并統(tǒng)計(jì)各個閃電強(qiáng)度段的累積頻率，分析閃電強(qiáng)度的分布特征。選取地理范圍 114～117°E、29～32°N 的方形區(qū)域，分析黃岡地區(qū)的閃電空間分布特征，按照0.05°間隔分為60×60的方形網(wǎng)格（約25 km2），統(tǒng)計(jì)每個網(wǎng)格內(nèi)出現(xiàn)的正、負(fù)閃電及總閃次數(shù)（閃電密度：每平方千米閃電次數(shù)），通過分析等密度線來確定閃電的空間分布特征。用相同的方法繪制逐月的閃電密度分布圖，分析閃電在一年中各月的空間分布變化。

2 結(jié)果與分析

2.1 閃電的總體特征

2006—2011年發(fā)生在黃岡行政區(qū)域內(nèi)的閃電總體特征見表1。總閃電次數(shù)為338 968次，其中負(fù)閃電次數(shù)為330 136次，占總閃電數(shù)的97.4%，正閃電次數(shù)為8 832次，占總閃電數(shù)的2.6%，正負(fù)閃電出現(xiàn)次數(shù)的比例為1:37.4，正閃出現(xiàn)的百分比與王學(xué)良、焦雪等[2-4]的分析少1%之多。負(fù)閃電平均電流強(qiáng)度為37.59 kA，正閃電的平均電流強(qiáng)度為47.39 kA，正閃電高于負(fù)閃電約10 kA，正、負(fù)閃電的最大電流強(qiáng)度分別為415.9 kA、530.2 kA。負(fù)閃明顯偏多的原因是閃電大多發(fā)生于對流性天氣過程中，而對流云團(tuán)中正電荷主要聚集在云體的上部，負(fù)電荷主要聚集在云體的下部，致使云體與地面之間更易發(fā)生負(fù)閃。由于負(fù)閃電占有絕對的多數(shù)，因此總閃電和負(fù)閃電的分布特征基本上是一致的。

表1 2006—2011年黃岡地區(qū)閃電總體特征

2.2 閃電頻次的日變化

統(tǒng)計(jì)2006—2011年黃岡地區(qū)6 a逐小時的平均正、負(fù)閃電總次數(shù)，分析本地閃電頻次日變化（圖1）。從圖1中可知，黃岡地區(qū)負(fù)閃電頻次的日變化基本呈雙峰值型，峰值分別出現(xiàn)在午后16時與傍晚的19時，另在早晨06時有一微弱的峰值。正閃電頻次的日變化較為平穩(wěn)，在18—19時有微弱峰值出現(xiàn)，每小時閃電次數(shù)在90余次。每日的14時至20時是閃電多發(fā)時段，每小時閃電次數(shù)均在3 600次以上，占每日總數(shù)的54.2%；每日23時至05時是閃電發(fā)生相對較少時段，僅占每日總數(shù)的15.7%。出現(xiàn)在16時與19時的兩個最大峰值分別達(dá)每小時4 960、4 725次。這個時間段與黃岡地區(qū)午后到傍晚多對流性雷雨天氣的氣候特征一致。因此，每日14—20時是黃岡地區(qū)雷電天氣的多發(fā)時段，也是雷電防御的關(guān)鍵時段。

2.3 閃電頻次的年變化

統(tǒng)計(jì)2006—2011年黃岡地區(qū)6 a逐月平均正、負(fù)閃電的總次數(shù)，如圖2。黃岡地區(qū)閃電頻次的年變化呈明顯的單峰值型，正、負(fù)閃電的峰值均出現(xiàn)在7月，年平均次數(shù)分別為381和21 000次。每年4—9月是閃電集中發(fā)生期，年平均發(fā)生53 467次，占全年閃電總數(shù)的94.6%。每年10月—次年3月閃電發(fā)生很少，僅占全年閃電總數(shù)的5.4%。夏季的6—8月份是閃電發(fā)生的相對集中期，年平均發(fā)生47 232次，占全年總數(shù)的83.6%。黃岡地區(qū)1—7月閃電次數(shù)逐月增加，8—12月份閃電次數(shù)逐月減少，7—8月是閃電發(fā)生的高峰期。黃岡地區(qū)閃電頻次的年變化與湖北省的閃電頻次年變化基本一致[2-3]。6月下旬—7月中上旬是黃岡地區(qū)梅雨期的降水集中時段，這期間是暴雨及強(qiáng)對流性天氣的頻繁發(fā)生期，常伴有雷電出現(xiàn)，到7月下旬—8月基本處于副熱帶高壓邊緣，局地雷雨天氣較多。閃電頻次的年變化與黃岡地區(qū)本地的天氣氣候特征完全吻合。每年夏季的6—8月是黃岡地區(qū)雷電防御的關(guān)鍵季節(jié)。

2.4 閃電電流強(qiáng)度分布特征

對閃電電流強(qiáng)度值按照10 kA的單位間隔，分別統(tǒng)計(jì)正、負(fù)閃電各段電流強(qiáng)度值出現(xiàn)頻次的百分率，分析各段電流強(qiáng)度值的分布特征（圖3）。從圖3分析可知，正、負(fù)閃電電流強(qiáng)度在0～60 kA內(nèi)的分布較為一致，電流強(qiáng)度在30 kA以下時，閃電頻次百分率隨其強(qiáng)度的增加而增加；在30 kA以上時，閃電頻次百分率隨其強(qiáng)度的增加而減少。正、負(fù)閃電最大峰值均出現(xiàn)在20～30 kA之間，分別為26.1%和31.1%。當(dāng)電流強(qiáng)度大于60 kA時，正閃電百分率明顯高于負(fù)閃電百分率。在60～100 kA之間電流強(qiáng)度分布，正、負(fù)閃電分別占15.5%、8.5%，而大于100 kA閃電強(qiáng)度的正、負(fù)閃電分別占8.2%、0.5%，正閃是負(fù)閃的16倍之多。分析結(jié)果表明，閃電電流強(qiáng)度值主要集中在10～60 kA之間，總閃占其總數(shù)的89.1%，其中負(fù)閃電占其總數(shù)的89.5%，正閃電占其總數(shù)的75.8%，二者之間有14%的差異。因此，對于10～60 kA范圍閃電強(qiáng)度值，在本地雷電防護(hù)工程設(shè)計(jì)、雷電風(fēng)險評估工作中應(yīng)予重點(diǎn)考慮。

2.5 閃電密度的空間分布特征

2.5.1 年閃電密度的地理分布特征

黃岡地區(qū)的正、負(fù)閃電密度分布特征基本一致（圖4）。閃電高密度區(qū)域位于黃岡中部的黃州、團(tuán)風(fēng)、浠水、羅田南部、蘄春沿江附近及紅安中南部等地帶，其中負(fù)閃密度值普遍在80以上，兩個密度高值中心分布在黃州、浠水的沿江地帶和團(tuán)風(fēng)的北端，最大中心值在160以上；正閃密度值普遍在2～4，僅有極少部分地區(qū)密度值在4～6次。黃梅、英山北部、羅田東北部與麻城中部的部分地區(qū)閃電發(fā)生次數(shù)相對較少，負(fù)閃密度值普遍為20～40，有少部分地區(qū)最小值在20次以下，正閃密度值普遍在1～2次。

2.5.2 閃電密度的季節(jié)分布特征

黃岡地區(qū)平均每年4—9月發(fā)生的閃電次數(shù)占全年閃電總數(shù)的94.6%，4—9月閃電密度分布可以反映出全年各月的密度分布特征（圖5）。由圖可知，黃岡地區(qū)4—5月大部分區(qū)域閃電密度在5以下（圖5a、圖b），4月浠水、團(tuán)風(fēng)、紅安北部、麻城南部有5～10次的零散區(qū)域；5月在黃州、團(tuán)風(fēng)、浠水大部及羅田西南、紅安中部有成片區(qū)域在5～10次之間，其中黃州東部、浠水北部有20次以上的中心區(qū)；6月閃電活動增加明顯（圖5c），大部區(qū)域閃電密度在5以上，在團(tuán)風(fēng)、浠水北部與麻城、羅田南部的交界區(qū)域有20的高密度區(qū)，密度高值中心在團(tuán)風(fēng)北部，達(dá)到80。

每年7—8月是黃岡地區(qū)閃電活動的最強(qiáng)盛期，大部分區(qū)域閃電密度在20以上（圖5d、圖e），閃電密度高值區(qū)主要分布在黃岡地區(qū)中部。7月閃電密度在40次以上的區(qū)域在黃州、團(tuán)風(fēng)、浠水、羅田南部及紅安的中部與南部地帶，在黃州、浠水長江沿岸有兩個密度高值中心，最大中心值在80次以上；8月閃電活動開始減少，特別是黃州、浠水明顯減少，其密度分布特征與7月大體相當(dāng)，40以上區(qū)域明顯減小，有零散的小區(qū)域在60次以上。

9月（圖5f），黃岡地區(qū)的閃電活動迅速減少，大部區(qū)域閃電密度在5次以下，紅安中部為無閃電區(qū)域。在羅田南部與麻城、英山交界處及武穴東部、黃梅北部交界處有成片5次以上的區(qū)域，另在浠水、蘄春有零散的小區(qū)域出現(xiàn)。

3 結(jié)論

（1）黃岡地區(qū)閃電以負(fù)閃為主，占總閃數(shù)的97%以上；正閃平均強(qiáng)度為47.39 kA，負(fù)閃平均強(qiáng)度37.59 kA，正閃高于負(fù)閃約10kA；正閃的最大強(qiáng)度415.9 kA，負(fù)閃為530.2 kA。

（2）閃電頻次的日變化呈雙峰值型，峰值分別出現(xiàn)在午后16時與傍晚的19時，年平均1小時為4 960次和4 725次；最多時段在14—20時，占每日總數(shù)54.2%，較少時段在23—05時，占日總數(shù)的15.7%。

（3）閃電頻次的年變化呈明顯的單峰值型；夏季是閃電活動的最活躍期,6—8月閃電占全年總數(shù)的83.6%；夏半年4—9月占全年總閃電的94.6%；冬半年閃電很少，10月至次年3月僅占全年總閃電的5.4%。

（4）閃電電流強(qiáng)度值主要集中在10～60 kV之間，總閃占其總數(shù)的89.1%，其中負(fù)閃電占其總數(shù)的89.5%，正閃電占其總數(shù)的75.8%；閃電強(qiáng)度大于100 kA時，正閃明顯多于負(fù)閃，是負(fù)閃的16倍之多。

（5）閃電密度高值區(qū)主要分布在黃岡中部地區(qū)，年平均負(fù)閃密度值普遍在80次/（25 km2·a）以上，正閃密度值在2～4次/（25 km2·a）之間；6月的高密度區(qū)偏北，在團(tuán)風(fēng)北部有一個80次/（25 km2·a）以上的高密度中心，7月的高密度區(qū)南移，在黃州、浠水的長江沿岸地帶各有一個80次/（25 km2·a）以上的高密度中心。

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