畢節市雷電活動特征及雷電易發性區劃

劉佳 王麗媛 王璇 姚浪

DOI：10.19392/j.cnki.16717341.201720099

摘要：本文利用雷暴地面觀測資料與閃電定位系統觀測資料，分析雷暴日的時空分布特征與地閃特征，并借助地理信息系統空間分析技術，進行畢節市雷電易發性區劃研究，結果顯示，畢節市雷暴日分布自西南向東北逐漸減少，市南部為雷電高易發區，西部及東部邊緣為低易發區。

關鍵詞：雷暴日；地閃；易發性區劃

聯合國“國際減災十年”中公布，雷電災害是十大最嚴重的自然災害之一。畢節市位于貴州省西北部，地處青藏高原東南側、云貴高原東斜坡上，高原山地地形復雜，地勢自西向東呈階梯狀逐級下降。畢節市是貴州省強對流天氣系統的起源地之一，也是貴州省的雷暴高發區，因此，對畢節市雷電活動特征及雷電災害風險等級區劃的研究是很有必要的。

20世紀80年代以來，國內已有不少學者利用雷暴地面觀測資料分析雷電時空分布特征，并進行雷電活動風險區劃，但由于傳統的雷暴數據是通過人工觀測來獲取的，雷暴數據記錄的時間間隔較長，另外，人們對雷電的認識又有局限性，受很多主觀因素影響，數據不夠客觀[12]。近年來，隨著閃電定位系統投入使用，雷電活動特征的研究進入了新的階段。閃電定位數據相比于常規的雷暴觀測數據，具有高時間、高空間分辨率的優勢[3]。本文利用畢節市19612013年八縣區氣象站的雷暴地面觀測資料，分析雷暴日的時空分布特征，并利用20062015年閃電定位系統觀測資料來分析地閃的時間變化特征和強度特征，通過對地閃密度的分析來確定畢節市雷電的易發區域。

1 雷暴日特征

1.1 雷暴強度劃分

我國一般根據年平均雷暴日數來劃分某地區的雷暴強度：

少雷區：年平均雷暴日數在15天及以下的地區；

中雷區：年平均雷暴日數在15天以上、40天以下的地區；

多雷區：年平均雷暴日數在40天以上、90天以下的地區；

強雷區：年平均雷暴日數在90天以上的地區。

表1畢節市19612013年雷暴日數觀測資料統計顯示，全市年平均雷暴日數為52.8天，各氣象站雷暴日都大于40天，均屬于多雷區。最大值為納雍的61.8天，其次為威寧的60天，最小值為金沙的42.6天。

1.2 雷暴日數空間分布

從畢節市19612013年各氣象站平均雷暴日數的分布（圖1）來看，我市雷暴中心在西南部的納雍、威寧一帶，自西南向東北逐漸減少。這種分布形勢與畢節市的地形分布有一定的關系，畢節市地勢自西南向東北呈階梯狀逐級下降，系統自北向南移動時，地形的抬升作用有利于強對流天氣的發生發展，導致西南部對流活動旺盛，多雷暴天氣。

1.3 雷暴日數年際變化

由畢節市19612013年各氣象站雷暴日數觀測資料統計（圖2）顯示，各氣象站之間總體趨勢一致，1983年之前為畢節市雷暴的多發期，年平均雷暴日數在5570天左右浮動，1984年后雷暴日數明顯減少，年平均雷暴日數在4050天左右。其中1963年雷暴日數最多，平均為85天，2011年最少，平均為32天。比較單站的年際變化發現，極端最高年雷暴日數為1963年納雍的99天，極端最低年雷暴日數為2003年金沙的20天。

1.4 雷暴日數月際變化

從各站的月際變化（圖3）可以看出，畢節市全年均有雷暴出現，冬季（12月、1月及2月）的雷暴日數最少，4月開始顯著增加。畢節市雷暴主要集中在48月，約占全年的81.5%，7月和8月是出現雷暴最多的月份，約占全年的39%。

2 地閃特征

2.1 地閃次數月際變化

從畢節市20062015年的地閃次數月際變化（圖4）中可以看出，地閃次數的月際變化趨勢與雷暴日數的變化趨勢基本吻合。68月是閃電活動的高發期，地閃次數占全年的64.5%，其中8月地閃最為頻繁，但正閃次數在6月最多。12月和1月閃電活動最弱。

2.2 地閃次數日變化

從地閃次數的日變化分布（圖5）來看，閃電活動的發生有明顯的日變化，下午到上半夜閃電活動最強烈，主要集中在1524時，占全天的78.1%，在1718時達到峰值。這是由于午后地表強烈吸收太陽輻射，近地面氣溫升高，形成不穩定層結，能量的積聚在傍晚前后達到最大，有利于雷電活動的發生。下半夜氣溫下降，不穩定能量減少，閃電活動逐漸減弱，到上午0811時地閃次數最少。

2.3 地閃強度特征

表2 畢節市地閃頻率和平均強度表明，10年（20062015年）內畢節市總地閃次數為995993次，其中負地閃次數為965565次，占總地閃次數的96.9%，而正地閃次數僅為30428次，占總地閃次數的3.1%，但正地閃平均強度達到58.1kA，明顯高于負地閃強度。從圖6可知，畢節市地閃強度主要集中在2050kA，該區間內的地閃次數占總次數的58.4%。

3 人工觀測與閃電監測雷暴日對比分析

3.1 雷暴日對比分析

由圖7可見，畢節市閃電監測的雷暴日比人工觀測的多。其原因在于器測的雷暴日為縣境范圍內的落雷日，不管雷聲大小，只要有落雷都能被儀器探測到；而人工觀測的雷暴日，由于氣象站點大部分建在城區或郊區附近，城市的各種噪聲給人工判斷帶來了很大的困難，特別是白天受影響最大，經常會產生漏記、遲記的現象，就是在遠離城區的站點，在人們的活動越來越頻繁的今天，這種情況也是會有發生的。因此器測雷暴日比人工觀測到的雷暴日更為合理。

3.2 平均雷擊大地密度對比分析

傳統的平均雷擊大地密度是由人工觀測雷暴日數進行估算的，其公式是：

Ng=0.024T1.3d

式中，Td為年雷暴日數。

由表3可見，以人工雷暴日數來估算平均雷擊大地密度并沒有考慮實際土地面積，與地閃次數計算的平均雷擊大地密度有一定的差距。說明以人工觀測雷暴日數估算的平均雷擊大地密度來進行雷電災害風險評估與防雷工程檢測工作不夠準確和客觀，應當考慮以器測雷擊大地密度來進行此類工作：在雷電災害風險評估中，運用閃電定位系統數據，可以根據建設項目的初步設計，對項目可能存在的風險針對性的進行分析；在防雷工程及檢測中，可以準確地統計出建筑物處的雷電活動參數，科學地設計防雷工程，有針對性的進行防雷檢測，同時為雷電預警提供參考信息；在雷電災害鑒定中，可以及時提供準確的雷擊位置及時間，保證鑒定結果客觀公正。

4 雷電易發性區劃

4.1 地閃密度

地閃密度是單位面積內年均閃電活動發生的次數，表征雷電活動頻繁程度。因此，采用閃電密度作為區劃等級數據指標。

畢節市地閃密度分布存在地域性差異，整體分布由南向北遞減。其中織金中西部為地閃密度極高值區，年均地閃密度高于7.00次/km2。

4.2 等級劃分

區劃等級劃分采用數據聚類方法——自然斷點分級法。該方法的原理是減少類的方差，最大限度地提高類之間的差異。計算采取重復迭代過程，通過重復計算不同的數據集，以確定最小的類方差，直到偏差的總和達到最小值為止。

其公式為：

SSDi-j=∑jk=iAk-meani-j21≤i

其中meani-j=（∑jk=iAk）2j-i+11≤i

式中：SSD是方差，A是一個數組（數組長度為N），meanij是每個等級中的平均值。

將易發等級劃分為高、中、低三級，按0.005°×0.005°的地閃密度值進行自然斷點分類，得出2.41、3.92兩個斷點，以此劃分畢節市雷電易發性等級（表4），得到其雷電易發性區劃圖。

如圖8所示，畢節市雷電高易發區主要集中在市南部，即赫章東南部、納雍西南部和織金大部地區；七星關、大方、黔西等地為中易發區；威寧、赫章北部和金沙為低易發區。

5 小結

（1）通過對畢節市雷暴日特征的分析，畢節市各縣區均屬于多雷區，全市年平均雷暴日數為52.8天，雷暴日分布自西南向東北逐漸減少，全年雷暴主要集中在48月，約占全年的815%；1983年之前為畢節市雷暴的多發期，年平均雷暴日數在5570天左右浮動，1984年后雷暴日數明顯減少，年平均雷暴日數在4050天左右。

（2）通過對地閃特征的分析，地閃次數的月際變化趨勢與雷暴日數的變化趨勢基本吻合；68月是閃電活動的高發期，地閃次數占全年的64.5%，其中8月地閃最為頻繁；閃電活動的發生有明顯的日變化，下午到上半夜閃電活動最強烈，主要集中在1524時，占全天的78.1%，在1718時達到峰值。

（3）由人工觀測與閃電監測雷暴日對比分析，畢節市閃電監測的雷暴日比人工觀測的多，大部地區以地閃次數計算的平均雷擊大地密度高于以人工雷暴日數來估算平均雷擊大地密度。

（4）畢節市雷電高易發區主要集中在市南部，即赫章東南部、納雍西南部和織金大部地區；七星關、大方、黔西等地為中易發區；威寧、赫章北部和金沙為低易發區。

（5）因閃電定位系統存在一定的探測誤差及探測盲區，待威寧站的三維閃電定位儀建成后將進一步提升畢節全市的閃電探測覆蓋范圍和精度，因此雷電易發區域分布也將根據雷電資料的逐年累積而變化。

參考文獻：

[1]胡新華.人工觀測與閃電定位探測雷暴日資料的對比分析[J].江西氣象科技，2005，28（3）：5556.

[2]張日高，張良春，余建華.利用監測與人工觀測數據計算的雷擊大地密度比較[J].氣象與減災研究，2010，33（3）：6667.

[3]劉垚，廖啟龍，劉淼，等.杭州市雷電活動特征及雷電災害區劃[J].氣象與減災研究，2011，34（4）：6267.

[4]丁旻，李強，吳安坤.貴州地區地閃的分布特征及防護效率分析[J].防災科技學院學報，2013，15（1）：1116.

[5]劉麗萍，沈錫清，張好成，等.畢節地區雷暴活動的時空特征[J].貴州氣象，2008，32（2）：1315.

基金項目：此文為貴州省畢節市氣象局開放基金《畢節市雷電活動特征及雷電災害風險等級區劃》資助。項目任務書合同編號：BJKF[2017]01號