基于閃電定位儀監(jiān)測的雷暴特征分析

高峰++楊金玲

摘要 本文利用2007—2015年煙臺地區(qū)閃電定位系統(tǒng)記錄的云地閃數(shù)據(jù)，對雷暴日數(shù)和閃電頻數(shù)的日變化、月變化、季變化和年變化進行了統(tǒng)計分析。結(jié)果表明，正閃、負閃主要發(fā)生時間均為13：00—19：00；月變化趨勢呈現(xiàn)單峰型，7—8月是發(fā)生閃電的集中月份；季節(jié)分布上，夏季雷暴日數(shù)最多；雷暴日數(shù)、總閃數(shù)和負閃數(shù)最多的年份為2007年；負地閃平均幅值強度明顯小于正地閃。

關(guān)鍵詞 雷暴日數(shù)；正閃頻數(shù)；負閃頻數(shù)；特征分析；閃電定位儀

中圖分類號 P427.32+1 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2017）23-0195-02

雷暴是指由強積雨云引起的伴有雷電活動和陣性降水的局地風暴。在地面觀測中，雷暴僅指伴有雷鳴和閃電的天氣現(xiàn)象。雷電活動會產(chǎn)生大電流、高電壓和強電磁輻射，危害人民生命財產(chǎn)安全，造成人畜傷亡、微電子設(shè)備的損壞、火災、爆炸等嚴重災害和經(jīng)濟損失。目前，通常使用雷暴日（一年中該地區(qū)發(fā)生耳朵能聽到的雷鳴的天數(shù)）表示該地區(qū)雷電活動的強弱，雷暴日易受地形、地貌、氣候環(huán)境等因素影響，導致不同地區(qū)的雷暴日數(shù)差異較大。雷暴是一種中小尺度天氣過程，雷暴日數(shù)越多，表示該地區(qū)雷電活動越強。

目前，雷暴日僅由氣象觀測站根據(jù)一天內(nèi)聽到雷聲來記錄。由于雷聲在大氣內(nèi)傳導過程中具有衰減作用，觀測員難以對距離遠、強度低、頻數(shù)少的雷電現(xiàn)象進行有效判斷和記載，漏記率高。閃電監(jiān)測是一種新的氣象現(xiàn)代化探測手段，具有采集、處理、數(shù)據(jù)傳輸、定位存儲閃電發(fā)生信息及查詢顯示各種閃電時空特征和探測應(yīng)用產(chǎn)品等功能，比人工目測的雷電觀測資料更豐富。閃電監(jiān)測主要依靠儀器，其數(shù)據(jù)資料更具有客觀性和先進性。本文應(yīng)用閃電監(jiān)測定位儀記錄的閃電資料，分析煙臺地區(qū)的閃電情況、研究閃電活動，對煙臺地區(qū)對流性天氣發(fā)生、發(fā)展具有重要的指示意義。

1 資料與方法

本文數(shù)據(jù)來源于煙臺地區(qū)閃電定位系統(tǒng)記錄的云地閃數(shù)據(jù)，時間為2007—2015年，包括閃電發(fā)生的時間、正（負）閃數(shù)以及閃電的平均強度等。某一天發(fā)生了1次閃電則記錄該地區(qū)1個雷暴日，1月1日至12月31日累計的雷暴日數(shù)，即為該地區(qū)的年雷暴日數(shù)。采用統(tǒng)計學和回歸分析等方法對雷暴日的時空分布、云地閃頻次和雷電流強度等進行分析。四季劃分：春季（3—5月），夏季（6—8月），秋季（9—11月），冬季（12月至翌年2月）。

2 雷暴時空分布特征

2.1 日變化特征

煙臺地區(qū)地閃日變化呈雙峰型。正閃、負閃主要發(fā)生時間均為13：00—19：00，占地閃總數(shù)的53.2%；20：00至次日發(fā)生的地閃次之。上午熱力條件不足，地閃低值一般出現(xiàn)在上午；下午由于受太陽日照作用，地面溫度較高，利于水汽蒸發(fā)和云團抬升，造成大氣層結(jié)不穩(wěn)定，形成上升氣流；而夜間由于云霧較多，且云頂輻射冷卻快，導致云團上冷下暖，空氣垂直運動加劇，兩者均易導致局地對流性天氣的產(chǎn)生，同時伴隨閃電的發(fā)生[1]。一天中各個時段負閃頻次均大于正閃頻次。

2.2 月變化特征

2007—2015年煙臺地區(qū)雷暴日數(shù)為1 368 d。由圖1可知，一年中除12月無雷暴外，其他月份均有雷暴，且月分布呈單峰型，7—8月為雷電多發(fā)時段，與雷電活動頻繁的發(fā)生時段相一致。8月雷電頻次最多，為226 d，占總雷電頻次的16.5%，7月為217 d，占總雷電頻次的15.9%。2007—2015年監(jiān)測到的總閃數(shù)為159 534次，總閃數(shù)和負閃數(shù)的變化趨勢均呈單峰分布。7—8月為閃電發(fā)生的集中月份（圖2），總閃數(shù)占年閃電總數(shù)的78.6%，2個月平均發(fā)生總閃電頻率為62 593次。負閃發(fā)生的總體變化趨勢與總閃相似，較熱的7—8月為出現(xiàn)頻次最高的月份，總數(shù)為124 129次，占總閃數(shù)的77.8%。而正閃發(fā)生頻率不高，總體變化趨勢也呈單峰型，在5—8月發(fā)生頻率較高，其中7月發(fā)生頻率最高，為632次，占當月總閃數(shù)的1%。7—8月為主汛期，由于副高北跳，帶來西南暖濕氣流，容易形成大氣不穩(wěn)定層結(jié)，出現(xiàn)雷暴單體和多體，對流性天氣旺盛，閃電頻次相對較高[2]。

2.3 季變化特征

由圖3可知，夏季雷暴日數(shù)最多，累計天數(shù)為614 d，占總天數(shù)的44.9%；冬季最少，累計天數(shù)為90 d；春季與秋季相當[3]。由圖4可知，正閃、負閃峰值均出現(xiàn)在夏季，累計出現(xiàn)136 192次，占總閃數(shù)的85.4%；最少的為冬季，累計出現(xiàn)153次；其次為春季和秋季。由于負地閃占比較高，總地閃和負地閃特征相似。夏季太陽輻射較強，天氣炎熱，地面與雷暴云下部的負電荷易形成午后雷電，產(chǎn)生閃電。此外，北風冷空氣活動頻繁，引起局地強對流，常觸發(fā)雷電活動[4]。冬季干冷雨雪少，多為高壓控制下，暖濕氣團南撤到南海，對流天氣很難產(chǎn)生，是雷電次數(shù)最少的時期。

2.4 年變化特征

2007—2015年煙臺地區(qū)雷暴日數(shù)為1 368 d，由雷暴日數(shù)年變化統(tǒng)計圖可知（圖5），年雷暴日數(shù)最多的是2007年，高達198 d；2010年次之，為192 d；最少的是2015年，為107 d。年雷暴日數(shù)最少天數(shù)與最多天相差91 d，說明雷暴日數(shù)年際差別大。總體來說，雷暴年日數(shù)呈振蕩下降的趨勢，根據(jù)趨勢線來看，下降趨勢明顯，并且未來可能繼續(xù)下降。從年閃電頻數(shù)的統(tǒng)計圖可知（圖6），總閃數(shù)和負閃數(shù)最多的年份為2007年，分別為46 912、46 833次；最少的為2014年，分別為1 359、1 243次。總體來說，雷暴日數(shù)和閃電頻數(shù)相一致。從兩者的變化趨勢線來看，雷暴日數(shù)和地閃頻數(shù)年發(fā)生趨勢均呈振蕩下降的趨勢[5]。由于全球氣溫變暖及城市熱島效應(yīng)等因素的影響，降水量明顯減少，對流性天氣的發(fā)生也相對減少[6]。

2.5 雷電強度幅值變化特征

統(tǒng)計2007—2015年煙臺市閃電資料可得，總閃電平均強度為12.35 kA，正地閃平均強度為25.91 kA，負地閃平均強度為-11.57 kA。負地閃平均幅值強度明顯小于正地閃，是由于負地閃主要發(fā)生在夏季（6—8月），正地閃主要發(fā)生在春季（3—4月）和秋季（10—11月），而春季、秋季電場強度需要達到很高，才能發(fā)生地閃[7]。

3 結(jié)論

通過對2007—2015年煙臺市閃電定位儀資料進行統(tǒng)計分析，得出以下結(jié)論：

（1）地閃日變化呈雙峰型，正閃、負閃主要發(fā)生時間均為13：00—19：00，20：00至次日發(fā)生的地閃次之。

（2）雷暴日數(shù)和地閃頻數(shù)月變化趨勢呈現(xiàn)單峰型。7—8月是發(fā)生閃電的集中月份，發(fā)生閃電總閃數(shù)占閃電總數(shù)的78.6%。負閃發(fā)生的總體趨勢變化情況與總閃相似，而正閃發(fā)生頻率不高。

（3）雷暴日數(shù)和地閃頻數(shù)季節(jié)變化趨勢也呈現(xiàn)單峰型。夏季雷暴日數(shù)最多，正閃、負閃峰值均出現(xiàn)在夏季，冬季最少，春季和秋季相當。

（4）雷暴日數(shù)、總閃數(shù)和負閃數(shù)最多的年份為2007年，最少為2015年；地閃頻數(shù)最少的年份為2014年。從兩者的變化趨勢線來看，均呈下降趨勢。

（5）負地閃平均幅值強度明顯小于正地閃，其原因是負地閃主要發(fā)生在夏季（6—8月），正地閃主要發(fā)生在春季（3—4月）和秋季（10—11月），而春、秋季電場強度需要達到很高，才能發(fā)生地閃。

4 參考文獻

[1] 林卓宏，梁敏妍，于東海，等.基于閃電監(jiān)測定位儀資料的江門地區(qū)閃電特征分析[J].熱帶氣象學報，2013，29（3）：524-528.

[2] 王紅，張永軍，陳金根，等.基于閃電定位監(jiān)測數(shù)據(jù)的雷暴特征分析[J].2014，8（6）：66-69.

[3] 程萌，陳楠.菏澤地區(qū)地閃分布特征[J].中國農(nóng)學通報，2016，32（26）：157-162.

[4] 王淑一，鄒善永，王蕾.基于閃電定位儀的大連市雷暴活動時空分布特征[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2016（9）：246-2476.

[5] 李家啟，申雙和.采用閃電定位系統(tǒng)的丘陵地區(qū)雷電特征分析[J].高電壓技術(shù)，2011，9（12）：2218-2219.

[6] 仇健，陳惜茂，黎紅源，等.珠海市雷電活動的時空分布特征[J].廣東氣象，2016，38（1）：28-30.

[7] 張正國，鄧寧文，劉麗君.廣西地區(qū)閃電時空分布特征分析.[J]氣象研究與應(yīng)用，2016（2）：25-29.endprint