內蒙古地區雷電活動及雷災特征分析

劉曉東，馮旭宇，宋昊澤，博　格

(1. 內蒙古自治區氣象科學研究所，內蒙古 呼和浩特 010051；2.內蒙古自治區雷電預警防護中心，內蒙古 呼和浩特 010051； 3.內蒙古自治區生態與農業氣象中心，內蒙古 呼和浩特 010051)

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內蒙古地區雷電活動及雷災特征分析

劉曉東1,2，馮旭宇3，宋昊澤2，博格2

(1. 內蒙古自治區氣象科學研究所，內蒙古 呼和浩特 010051；2.內蒙古自治區雷電預警防護中心，內蒙古 呼和浩特 010051； 3.內蒙古自治區生態與農業氣象中心，內蒙古 呼和浩特 010051)

摘要:基于內蒙古氣象部門2013-2014年23站雷電定位資料和雷災統計資料，運用ArcGIS軟件和數理統計等方法對內蒙古高原地區地閃頻次、強度時空分布特征及雷電災害特征進行了分析。結果表明，內蒙古高原地區正地閃占總地閃的10%左右，正閃比例高于南方省市；該地區50%以上的地閃強度集中在15~35 kA范圍，正地閃的電流強度為負地閃的2倍左右；每年3、4月份的地閃平均電流強度最大，1 d當中上午電流強度要大于午后的強度值；地閃的空間分布主要集中在內蒙古高原中、東部地區，地閃的最大密度和電流強度值分別在20次/km2和10 kA/km2左右；從雷災分析來看，雷電災害主要發生在6-8月份，電子電器設備發生雷電災害次數最多，居民家庭雷電防護措施仍需完善；雷擊人員傷亡則主要發生在農村牧區的戶外環境，農牧民的防雷意識有待進一步提高。

關鍵詞:地閃密度；地閃強度；雷電災害；防雷意識；內蒙古

內蒙古地域遼闊，屬高緯高原地區，以溫帶大陸性季風氣候為主。內蒙古特殊的地理環境和復雜的氣候類型，使其氣象災害存在明顯的時空分布特征。根據2005-2012年內蒙古氣象災害資料的統計分析，全區平均每年發生氣象災害190次，因災死亡32人，直接經濟損失33億元，且氣象災害頻率和經濟損失呈逐年上升趨勢[1]，暴雨洪澇、大風冰雹和雷電災害三種災害是內蒙古境內發生的主要氣象災害，內蒙古地區年平均雷暴日數為28.6 d，最多達41.3 d[2-4]，1998-2008年全區平均每年發生雷電災害48.82次，直接經濟損失1 572.3萬元，雷擊傷亡人數為14.2人[5]。雷電災害引起社會各界的高度重視，因此許多科技工作者開展了關于雷電活動及雷擊災害的相關研究[6-8]。楊鵬武[9]等利用云南省2008年雷電定位網監測的地閃資料和全省16個州(市)的雷電災害資料，對云南省2008年雷電活動及雷電災害的時空分布特征進行分析；程琳等[10]利用江蘇2011年閃電定位系統資料對江蘇省閃電強度、閃電頻數等閃電特征及其雷電災害特征進行了分析等。但是針對內蒙古地區地閃活動特征的研究還沒有開展，故本文首次運用內蒙古氣象部門閃電定位系統2013-2014年雷電定位資料和雷電災害統計資料，對高緯度高原地區地閃活動的時空分布特征及雷擊災害特征進行分析，為各級政府和相關部門加強防雷減災管理、提高防雷減災能力提供客觀的科學依據。

1資料說明

本文所用雷電定位資料來源于內蒙古氣象部門的雷電定位系統，該監測系統目前由23個ADTD閃電定位儀組成(圖1)，主要采用時差和方位混合多站綜合定位方法，探測范圍主要覆蓋內蒙古中部區和東北部地區。本文選取2013-2014年該監測網的探測資料，每個閃電資料包括的信息有時間、經緯度、正負極性、強度、陡度等參數，地閃密度及強度的空間分布特征采用1 km×1 km的空間分辨率進行分析。雷災資料取中國氣象局雷電防護管理辦公室編寫的《2013年全國雷電災害匯編》和《2014年全國雷電災害匯編》[11-12]。

圖1　內蒙古閃電定位儀站址分布

2地閃時間變化特征

2.1　地閃頻次的變化特征

2013年閃電定位儀共監測到內蒙古高原地區地閃351 618次(表1)，其中正地閃24 643次，負地閃326 975次，負地閃占總地閃的比例為92.99%；但正閃平均強度為59.98 kA，高于負閃的平均強度-33.96 kA。2014年共記錄地閃291 915次，其中正地閃35 601次，負地閃256 314次，負地閃所占比例為87.80%；正地閃平均強度為64.48 kA，也高于負地閃的平均強度-35.57 kA。2014年總地閃頻數為較2013年減少16.97%，負地閃減少明顯，而正地閃頻數增多；2014年正、負地閃的平均強度都增大，正地閃平均強度增長幅度較大，較2013年平均正地閃強度增大7.5%，為負地閃增長的1.6倍。內蒙古地區正地閃比例明顯高于江蘇等[13-15]南方省份的比例，這說明在高緯高原地區正地閃發生的概率較高，且強度大，正地閃的破壞性較強。

表1　內蒙古高原2013-2014年地閃總體特征

2.1.1地閃頻次的月變化特征

從2013年、2014年地閃頻次的月分布來看(圖2)，地閃頻次的月變化呈單峰型；2013年8月地閃活動最強，頻次達201 804次；而2014年8月較2013年顯著減少，峰值出現在7月份，7月地閃次數較8月多7.7%。每年的12月到次年的1月、2月基本沒有閃電發生，3月、4月和11月有少量地閃活動，但正地閃發生的概率較高；2013年4月份正地閃比例最高，占總地閃的66.67%，而2014年正地閃發生概率最高的月份是11月，為當月總地閃的78.95%。總體來看內蒙古高原地區地閃月單峰型的分布特征與其他省市基本相同[13-15]，夏季是雷電活動的高發期。此外，負地閃的變化特征與總地閃相似，正地閃在初春和晚秋發生的概率較高，其強度大破環性較強，應加強防范措施。

圖2　地閃頻次的月變化

2.1.2地閃頻次的日變化特征

地閃的日變化特征較為顯著，如圖3所示；其中負地閃和總地閃的變化趨勢相同，總體呈雙峰單谷型，峰值集中在午后時段。2013年地閃主要集中在14:00-18:00，占全天的37.3%；峰值出現在16:00，頻次達29 214次，凌晨2:00為次峰值；谷值出現在上午9:00，為4 460次。

圖3　地閃頻次的日變化

2014年地閃也主要集中在14:00-18:00，占全天的43.6%；峰值出現在15:00，為28 247次，占9.7%；谷值出現在上午9:00，為3 619次。正地閃的變化較為平緩，峰值出現在午后16:00；而在19:00正地閃發生的概率最高，2013年比例達到9.2%，2014年達到14.8%。

內蒙古地閃的日變化總體特征同北京、河北、甘肅等省市相似[16-18]，峰值出現在午后，谷值出現在上午，內蒙古地區午后峰值出現時間較上述地區早1 h左右，這可能與大草原下墊面的情況有關，下墊面溫度升高，熱力條件較好，有利于雷暴發生。

2.2　地閃強度的變化特征

內蒙古2013年總地閃的平均電流強度35.79 kA，2014年平均電流強度為39.10 kA，正地閃的電流強度明顯大于負地閃的電流強度，相差近2倍。由圖4可知，總地閃強度在15～35 kA強度等級發生最為頻繁，占總地閃的50%以上，2013年為58.17%，2014年占53.42%；其中發生頻次最大的為20～25 kA等級范圍，該范圍2013年、2014年分別占總地閃的16.82%和15.29%。正地閃電流強度的分布主要集中在30～50kA，該等級范圍2013年、2014年分別占總正地閃的31.60和28.53%，高于美國同緯度地區的雷電流強度值[19-20]；正地閃電流強度在100～125 kA出現另一峰值，故在防雷工程電源浪涌保護器設計時應考慮加強該強度范圍的雷電流的防護措施。

圖4　地閃強度等級分布

2.2.1地閃強度的月變化特征

內蒙古全區地閃強度月變化如圖5所示。2013年總地閃的月平均電流強度最大值出現在4月份，峰值為99.4 kA，5-11月電流強度在34～62 kA之間；最小值出現在8月份，為34.9 kA。負地閃的電流強度的全年變化比較均勻，主要分布在33～68 kA之間，同樣峰值出現在4月，電流強度峰值為67.6 kA；而正地閃電流強度的月變化幅度較大，4月份的平均電流強度最大(115.2 kA)，最小值為56.6 kA，出現在8月份。

2014年總地閃、正負地閃的電流強度同2013年總體趨勢差不多，總地閃電流強度的最大值出現在3月，幅度有所減小，為88.7 kA；負地閃電流強度最大值86.9 kA，幅值較2013年增大28.6%；正地閃平均電流強度的變化較為平緩，最大值也出現在3月份，強度89.0 kA，較2013年減小22.7%。由圖5可以看出，地閃強度每年的最大值都出現在年初，其破壞性較大，各單位應提前做好防雷安全的準備工作。

圖5　地閃強度的月變化

2.2.2地閃強度的日變化特征

由圖6可以看出，1 d內各個時段正地閃強度都比負地閃強，電流強度為負地閃的2倍左右；1 d當中0-12時，正、負地閃的電流強度要大于12-24時的強度值，且上午強度變化較為顯著，該特征與江蘇[10]等地的變化特征正好相反。2013

圖6　地閃強度的日變化

年正地閃一天的電流強度變化從下午16時的55.57 kA到上午6時的67.35 kA；2014年正地閃電流強度的峰值出現在上午9時，幅值為71.41 kA，谷值為23時的61.48 kA，幅值較2013年增大。2013年負地閃一天的強度變化從15時的31.81 kA到上午7時38.13 kA，2014年負地閃的平均電流強度比2013年大，電流范圍從18時的33.42 kA到上午6時的40.43 kA，上午的電流波動幅度較大。總地閃一天的變化特征與負地閃相似，2014年總地閃變化幅度較2013年有所增大，變化范圍從37.24 kA到43.44 kA，且上午雷電流平均強度和變化的幅度都高于晚上，該時段戶外活動的人應加強防范意識。

3 地閃空間分布特征

3.1　地閃密度的空間分布特征

圖7是內蒙古地區2013年、2014年總地閃密度分布圖，由圖可知地閃密度分布主要集中在內蒙古中部呼包鄂和東部呼倫貝爾地區，與雷暴分布特征相似[2]；密度最大值分別為18次/km2和22次/km2，分別位于呼和浩特和鄂爾多斯市的北部地區。從空間分布來看，2013年高密度地區較2014年范圍廣，全年地閃高密度區域主要出現在鄂爾多斯東部、包頭南部、呼和浩特西部、烏蘭察布西南和呼倫貝爾東南部。對于地閃密度高的區域應加強雷電防護措施，以提高防雷工作的有效性。

圖7　地閃密度空間分布

3.2　地閃強度的空間分布特征

從內蒙古2013年、2014年總地閃強度分布圖(圖8)可知，地閃強度分布同樣也是集中在內蒙古中部呼包鄂和東部呼倫貝爾地區。全年地閃強度的平均值分別為10.88 kA/km2和9.87 kA/km2，其中地閃電流強度大于150 kA/km2的地區主要集中在呼和浩特北部、包頭南部和鄂爾多斯南部及烏蘭察布西部地區。結合地閃密度分布特征，在較高地閃密度且平均地閃強度較高的地區，發生雷災事故的可能性較高。

圖8　地閃強度空間分布

4雷電災害特征分析

據不完全統計(表2)，內蒙古地區近2年雷電災害事故呈增多趨勢，2013年雷災事故為27起，2014年增加到30起，特別是農村雷災事故增加顯著。通過近年來內蒙古自治區氣象局防雷中心的廣泛宣傳，雷災造成的人員傷亡和經濟損失逐年下降，2014年雷擊直接經濟損失降為2013年的一半，死亡人數降為2013年的三分之一，但雷擊人員傷亡地區主要是發生在農牧區，農牧區防雷形勢依然嚴峻，農牧民的防雷意識需進一步提高。

表2　2013-2014年雷電災情概況

從雷災事故的月分布圖9來看，內蒙古地區全年10月至次年4月均無雷電災害發生，每年6-8月雷災事故數最多，農村雷災事故7、8月最高。2013年雷災事故呈雙峰型特征，6、8月雷災事故數8起最多；人員傷亡事故7月最多為4起，雷擊死亡4人、受傷1人。而2014年7月雷災事故最多，共發生14起雷災事故，為近6年同期最高[21]，雷擊受傷人數4起；8月份雷擊死亡人數最多，為2人。夏季是農牧區戶外活動最多的季節，農牧民應提高防雷意識，正確掌握戶外雷電避險知識，防止雷擊事故的發生。

圖9　雷災事故月分布

從雷災受損類別統計來看(圖10)，內蒙古地區雷擊事故主要是電子電器設備受損和人員傷亡事故，雷擊人身傷亡的事故近2年來有所下降，由2013年的40%降至2014年的17%。雷擊造成電子電器設備損壞的案例最多，2013年雷擊電子電器設備受損事故占總事故的45%，2014年增加大76%，且家用電子電器雷擊案例顯著增多，家用電器的防雷措施需進一步加強。

圖10　各類型雷災事故所占比例

5結論

(1)內蒙古高原地區正地閃發生的概率較高，占總地閃的10%左右，2014年正地閃的比例較2013年增加74%。夏季是地閃活動的高峰期，地閃的月分布呈單峰型分布特征，2013年、2014年的峰值分別出現在8月和7月份，正地閃在初春和晚秋發生的概率較高。1 d之中午后為雷電發生的高峰期，主要集中在14:00-18:00，而下午19:00正地閃發生的概率最高。

(2)該地區50%以上的地閃強度集中在15～35 kA，正地閃的電流強度大，為負地閃的2倍左右；2013年、2014年30%左右的正地閃電流強度集中在30～50 kA，正地閃的破環性較強。地閃電流強度的月變化幅度較大，3、4月份地閃平均電流強度最大；1 d當中上午電流強度變化較為顯著，且上午的正、負地閃的電流強度要大于午后的強度值。

(3)地閃的空間分布主要集中在內蒙古高原中部呼包鄂和東部呼倫貝爾地區，地閃密度最大值在20次/km2左右，2013年、2014年地閃強度的平均值分別為10.88 kA/km2和9.87 kA/km2，其中地閃電流強度大于150 kA/km2的地區主要集中在呼和浩特北部、包頭南部和鄂爾多斯南部及烏蘭察布西部地區，在上述地區發生雷災事故的可能性較高，應加強防雷措施。

(4)內蒙古近2年雷電災害事故呈增多趨勢，但總的經濟損失和人員傷亡數有所下降，每年的6-8月是雷災事故的高發期。電子電器設備受損和人員傷亡事故是內蒙古地區雷擊的主要事故，2014年雷擊電子電器設備受損事故較2013年增加76%；而雷擊人員傷亡地區主要是發生在農牧區，農牧區防雷形勢依然嚴峻。

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Analysis of Characters of Lightning Activity and Lightning Disaster in Inner Mongolia

Liu Xiaodong1, 2, Feng Xuyu3, Song Haoze2and Bo Ge2

(1.InnerMongoliaMeteorologicalInstitute,Hohhot010051,China; 2.InnerMongoliaLightningWarning&

ProtectionCenter,Hohhot010051,China; 3.InnerMongoliaEcologicalandAgricultural

MeteorologicalCenter,Hohhot010051,China)

Abstract:Based on the cloud to ground(CG) lightning data collected by location lightning detection net-work and lightning disaster data in Inner Mongolia for 2013-2014, by using the software of ArcGIS and the method of Mathematical statistics, we make a study on the temporal-spatial distribution characteristics of lightning frequency, intensity and lightning disaster in Inner Mongolia plateau. It shows that the positive CG flashes is about 10% of the total CG flashes, the positive CG flashes ratio is higher than the south provinces. More than 50% of the flash intensity focused on the range of 15 to 35 kA in Inner Mongolia, the average intensity of positive CG flashes is two times that of the negative. The average current intensity is the biggest in March and April every year; the morning lightning current intensity is greater than the strength of the afternoon in a day. The spatial distribution of the CG flashes mainly concentrated in the middle and eastern regions of Inner Mongolia, the maximum density of the CG flashes is about 20 times per square kilometer, and the average intensity value of the lightning is about 10kA per square kilometer. The lightning disasters occurred mainly between June and August，and the electronic equipments damage cases were the biggest，household lightning protection measures still need to improve, While the casualties occurred mainly in the outdoor environment of the rural areas, the farmers and herdsmen lightning protection consciousness need to be further improved.

Key words:lightning density; lightning intensity; lightning disaster; lightning protection consciousness; Inner Mongolia

作者簡介：劉曉東(1981-)，男，內蒙古五原人，高級工程師，主要從事雷電物理和雷災防護研究. E-mail:lxd8135@163.com

基金項目：內蒙古自治區自然科學基金(2015MS0410)

收稿日期：2015-07-30修回日期：2015-09-01

中圖分類號：X43；P4

文獻標志碼：A

文章編號：1000-811X(2016)01-0060-06

doi:10.3969/j.issn.1000-811X.2016.01.013