近12年云南省云地閃活動變化及雷電災(zāi)害時(shí)空分布特征

劉平英，周清倩，胡穎，張騰飛

（1.云南省氣象災(zāi)害防御技術(shù)中心，云南 昆明650034；2.云南省人工影響天氣中心，云南 昆明650034）

引言

雷電是發(fā)生于大氣中的一種瞬時(shí)高電壓、大電流、強(qiáng)電磁輻射災(zāi)害性天氣現(xiàn)象,雷電發(fā)生時(shí)強(qiáng)大的電流、炙熱高溫、猛烈沖擊波及強(qiáng)烈電磁輻射等易形成雷電災(zāi)害，云南省地處低緯高原地區(qū)，是全國雷暴高發(fā)區(qū)之一[1]，研究雷電活動及雷災(zāi)時(shí)空分布規(guī)律能夠?yàn)槔纂婏L(fēng)險(xiǎn)管理提供參考依據(jù)。王學(xué)良、張騰飛、李家啟等基于ADTD 閃電定位系統(tǒng)資料，從閃電頻次、極性、日變化、月變化等方面研究云地閃電活動的時(shí)空分布特征[2-4]；范仲之、阮楚雯等利用多年雷電統(tǒng)計(jì)資料分析雷電活動影響因子[5-6]；曾慶鋒、陳哲、沈海波等統(tǒng)計(jì)多年雷電災(zāi)害損失，研究雷電災(zāi)害分布特點(diǎn)和雷電致災(zāi)成因，為雷電預(yù)警及防護(hù)提供了研究依據(jù)[7-9]；于東海等結(jié)合多種氣象觀測資料，對一次強(qiáng)雷暴過程進(jìn)行綜合分析，研究大氣層結(jié)穩(wěn)定度與強(qiáng)對流活動的關(guān)系[10]；陳易昕、勞煒等結(jié)合雷電災(zāi)害分析結(jié)果，研究雷擊風(fēng)險(xiǎn)評估方法[11-12]；郭媛等建立雷電風(fēng)險(xiǎn)評估指標(biāo)與雷災(zāi)損失的定量關(guān)系，形成了完整的雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估計(jì)區(qū)劃技術(shù)體系[13-17]。本文通過統(tǒng)計(jì)整理多年閃電監(jiān)測數(shù)據(jù)及雷電災(zāi)情資料，研究基于ArcGIS的閃電數(shù)據(jù)處理及圖層疊加方法，分析近12a（2006～2017）云南省雷電災(zāi)害頻次、人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失的時(shí)空分布情況，以此掌握全省雷電活動及災(zāi)害分布規(guī)律，為開展雷電防御技術(shù)研究工作提供必要的研究及分析基礎(chǔ)。

1 資料來源和分析方法

閃電資料來源于云南省雷電定位監(jiān)測網(wǎng)，系統(tǒng)采用多站時(shí)差綜合定位法，通過實(shí)時(shí)監(jiān)測對強(qiáng)對流天氣的發(fā)展趨勢進(jìn)行跟蹤，可提供閃電回?fù)舭l(fā)生時(shí)間、位置、強(qiáng)度、極性等信息，目前已積累了近12a的監(jiān)測資料，10a以上的數(shù)據(jù)能夠確保數(shù)據(jù)的客觀性和科學(xué)性，為開展云南省雷電活動規(guī)律分析提供了重要的數(shù)據(jù)來源。通過統(tǒng)計(jì)全省雷電災(zāi)害損失情況，比較不同孕災(zāi)環(huán)境下的雷災(zāi)次數(shù)和人員傷亡的分布情況，以此掌握雷災(zāi)時(shí)空分布規(guī)律，為制定科學(xué)合理的雷電防護(hù)措施提供重要的技術(shù)依據(jù)。運(yùn)用ArcGIS建立1km×1km的柵格，導(dǎo)入數(shù)據(jù)和邊界圖層，通過密度函數(shù)計(jì)算柵格密度并進(jìn)行分級，通過選取色標(biāo)渲染，形成地閃密度空間分布圖。通過反距離加權(quán)插值法（IDW）繪制地閃強(qiáng)度的空間分布，對距離倒數(shù)乘方格網(wǎng)化，進(jìn)行加權(quán)平均插值，對于一個(gè)較大的方次，較近的數(shù)據(jù)點(diǎn)被給定一個(gè)較高的權(quán)重份額。

2 云南省云地閃活動的變化特征

2.1 地閃頻次的時(shí)間分布

圖1 地閃次數(shù)的逐月變化特征

圖2 地閃活動的逐時(shí)變化特征

表1 地閃次數(shù)的空間分布

2006～2017 年云南省共發(fā)生地閃活動6952770次，集中分布在6～9 月，該時(shí)段占全年總地閃次數(shù)的82.86%，8 月地閃活動最強(qiáng)，達(dá)2370514 次，10 月份以后，閃電活動逐漸減弱（圖1）。云南省地形地貌復(fù)雜，不同區(qū)域影響雷電過程的天氣系統(tǒng)各不相同，造成雷電高峰時(shí)段也存在差異，如圖2所示，各地區(qū)地閃活動的逐時(shí)分布大致呈單峰型，地閃活動集中在16:00～18:00，8:00～11:00 是一天中地閃活動最弱時(shí)段，12:00 以后由于強(qiáng)烈的太陽輻射，能量逐漸累積，對流活動加強(qiáng)，地閃活動頻繁，20:00 以后，隨著能量釋放和溫度下降，地閃頻次減少。從表1可看出，地閃活動主要分布于滇中地區(qū)，楚雄、普洱、曲靖的地閃次數(shù)超過80萬次，紅河、昆明、文山地閃次數(shù)也均在60萬次以上。

2.2 年平均雷暴日及地閃密度的分布情況

根據(jù)1981～2010 年雷暴日觀測資料，如圖3 所示，滇西南的西雙版納年平均雷暴日數(shù)最多，在95～120d/a之間，勐臘縣年平均雷暴日數(shù)為全省最多，達(dá)到112d/a。滇西北的怒江及迪慶雷暴日數(shù)最低，迪慶州德欽縣的年平均雷暴日數(shù)僅為19d/a。根據(jù)《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》（GB50343-2012），將雷暴日等級劃分為強(qiáng)雷區(qū)、多雷區(qū)、中雷區(qū)和少雷區(qū)四個(gè)等級，全省共有少雷區(qū)2 個(gè)，中雷區(qū)6個(gè)，多雷區(qū)108個(gè)，強(qiáng)雷區(qū)8個(gè)。

地閃密度反映區(qū)域遭受雷擊的頻繁程度，地閃密度越大，遭受雷擊的可能性越大，需要采取的雷電防護(hù)安全等級越高，以1km×1km 網(wǎng)格統(tǒng)計(jì)全省地閃平均密度值如圖4 所示，全省地閃密度的空間分布在經(jīng)向上自西向東逐漸增強(qiáng)，緯向上自南向北先增加后減少，全省年平均地閃密度為1.42次/km2·a。滇中、滇東及滇西北的麗江東南部的地閃活動頻繁，昆明、楚雄東部、玉溪北部、紅河北部、曲靖南部、文山北部、麗江東南部是地閃密度強(qiáng)中心，年平均地閃密度均在2.0次/km2·a以上，昆明年平均地閃密度值為全省最高，達(dá)2.98次/km2·a。怒江、迪慶和昭通的地閃密度較小，年平均地閃密度在0.5次/km2·a以下。

圖3 年平均雷暴日數(shù)分布特征

麗江東南部的地閃密度高值區(qū)與高雷暴日存在較好的相關(guān)性，迪慶、怒江及昭通地閃密度小，與雷暴日數(shù)少相對應(yīng)。地閃密度的分布與雷暴日數(shù)的多少并不完全對應(yīng)，滇西南是全省雷暴日數(shù)最多的區(qū)域，但地閃密度卻相對較小，西雙版納的年平均地閃密度為1.15次/km2·a，在滇西的德宏、臨滄北部等高雷暴日地區(qū)，其地閃密度也相對較小。

2.3 地閃強(qiáng)度與極性的分布特征

地閃強(qiáng)度反映地閃電流幅值的大小，全省地閃電流強(qiáng)度的空間分布呈自南向北遞增的趨勢，強(qiáng)度的高值區(qū)主要分布在昭通、迪慶北部、怒江北部和德宏西部，地閃電流強(qiáng)度的絕對值主要集中在60～80kA，而在地閃活動頻繁的滇中、滇西南地區(qū)，其地閃電流強(qiáng)度卻相對較小，地閃電流強(qiáng)度的絕對值集中在20～40kA（圖5）。從全省正、負(fù)地閃電流強(qiáng)度的比例分布可看出（圖6 和表2），強(qiáng)度在20～40kA 的正地閃數(shù)占正地閃總次數(shù)的33.25%，強(qiáng)度在-40kA～-20kA的負(fù)地閃數(shù)占負(fù)地閃總數(shù)的54.58%，正、負(fù)地閃電流強(qiáng)度的絕對值以20～40kA 為中心向兩側(cè)減少。

3 云南省雷電災(zāi)害的時(shí)空分布特征

圖4 云南省地閃密度的空間分布

圖5 云南省地閃強(qiáng)度空間分布

圖6 正、負(fù)地閃電流強(qiáng)度所占比例及次數(shù)分布

表2 正、負(fù)地閃電流強(qiáng)度的比例分布

如表3統(tǒng)計(jì)所示，2006～2017年云南省共發(fā)生雷電災(zāi)害1159 起，導(dǎo)致415 人死，343 人傷，損壞系統(tǒng)設(shè)備8600余件，經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)5500余萬元。滇中、滇西南雷電災(zāi)害集中，玉溪市共發(fā)生雷電災(zāi)害147起，為全省最高，普洱、楚雄、西雙版納、保山等地區(qū)的雷電災(zāi)害也達(dá)到100 起以上，因雷擊造成的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失嚴(yán)重。城市雷擊損失類型主要表現(xiàn)為電子系統(tǒng)設(shè)備及建（構(gòu)）筑物受損，鄉(xiāng)鎮(zhèn)及農(nóng)村的雷災(zāi)損失類型主要表現(xiàn)為人員生命損失。

3.1 全省雷電災(zāi)害次數(shù)的時(shí)空分布特征

云南省雷電災(zāi)害集中發(fā)生在6～8月（圖7），該時(shí)段是雷電災(zāi)害的高發(fā)期，8 月份雷電災(zāi)害達(dá)到極大值，雷電災(zāi)害的逐月分布呈單峰形式，10月份以后，地閃活動減弱，雷電災(zāi)害也相應(yīng)減少，雷災(zāi)的逐月分布與地閃活動的變化情況具有較好的對應(yīng)關(guān)系。在地閃活動頻繁活躍的昆明、玉溪、楚雄、普洱、紅河等地，其雷電災(zāi)害多發(fā)頻發(fā)，雷電災(zāi)害的空間分布（見圖8）與地閃活動呈現(xiàn)出較好的對應(yīng)關(guān)系，普洱發(fā)生的雷電災(zāi)害最多，玉溪、西雙版納及昆明次之，主要是由于這些地區(qū)雷電致災(zāi)因子活躍，人口分布密集，經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度較高，雷電綜合風(fēng)險(xiǎn)較大。迪慶、怒江地區(qū)地閃強(qiáng)度較大，但由于地廣人稀，經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度相對不高，雷擊人員生命損失和經(jīng)濟(jì)損失較低。

3.2 雷擊人身傷亡的空間分布特征

2006～2017年因雷擊共導(dǎo)致415人死，343人傷，如圖9所示，昆明、普洱、紅河、保山及西雙版納由雷擊引發(fā)的人員生命損失較高，雷擊人員傷亡事件主要發(fā)生在農(nóng)田、山地、樹下及水域等戶外空曠場所。如圖9 所示，發(fā)生在城鎮(zhèn)的雷電災(zāi)害為633 次，占比54.62%（圖10），相較于農(nóng)村地區(qū)所占比例更大，發(fā)生在城鎮(zhèn)的雷電災(zāi)害主要為雷擊造成的經(jīng)濟(jì)損失，例如電子設(shè)備受損、建（構(gòu)）筑物損壞等，農(nóng)村雷災(zāi)主要為雷擊造成的人員傷亡，這主要是由于農(nóng)村地區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施防雷裝置不完善，農(nóng)民群眾處于戶外空曠場所開展農(nóng)事勞作，在雷電活動高發(fā)期，若采取的防雷措施不得當(dāng)，導(dǎo)致遭受雷擊的概率增大。

4 結(jié)論與討論

（1）2006～2017 年 云 南 省 共 發(fā) 生 地 閃 活 動6952770 次，集中分布在6～9 月，16:00～18:00 地閃活動頻繁活躍，昆明、楚雄東部、玉溪北部、紅河北部、曲靖南部、文山北部、麗江東南部是地閃密度強(qiáng)中心，滇西南的西雙版納年平均雷暴日數(shù)最多，在95～120d/a 之間。地閃密度的分布與雷暴日數(shù)的多少并不完全對應(yīng)，滇西南是全省雷暴日數(shù)最多的區(qū)域，但地閃密度卻相對較小，滇西的德宏、臨滄北部等高雷暴日地區(qū)，其地閃密度也相對較小。全省地閃電流強(qiáng)度的高值區(qū)主要分布在昭通、迪慶北部、怒江北部和德宏西部，正、負(fù)地閃電流強(qiáng)度的絕對值集中在20～40kA。

圖8 云南省雷電災(zāi)害起數(shù)的空間分布

圖9 云南省雷擊傷亡人數(shù)的空間分布

圖10 城鎮(zhèn)及農(nóng)村雷電災(zāi)害起數(shù)的占比情況

（2）2006～2017 年云南省共發(fā)生雷電災(zāi)害1159起，集中在滇中、滇西南地區(qū)，雷電災(zāi)害的時(shí)空分布與地閃活動的分布情況存在較好的相關(guān)性，分布曲線大致相似，6～8月是雷電災(zāi)害高發(fā)期，在地閃活動頻繁活躍的昆明、玉溪、楚雄、普洱、紅河等地，其雷電災(zāi)害也多發(fā)頻發(fā)，普洱、玉溪、西雙版納、昆明雷電致災(zāi)因子活躍，人口分布密集，經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度較高，雷電災(zāi)害頻發(fā)多發(fā)，迪慶、怒江等地區(qū)，由雷擊造成的人員生命損失和經(jīng)濟(jì)損失較低。城鎮(zhèn)雷災(zāi)主要為雷擊造成的經(jīng)濟(jì)損失，占比相較于農(nóng)村更大，農(nóng)村雷災(zāi)損失主要為雷擊造成的人員傷亡，應(yīng)加強(qiáng)農(nóng)村基礎(chǔ)設(shè)施的雷電防護(hù)工程建設(shè)，加大防雷科普宣傳力度。

（3）本文研究所用數(shù)據(jù)資料為10a 以上閃電定位監(jiān)測數(shù)據(jù)和雷電災(zāi)害統(tǒng)計(jì)資料，可基本確保研究的科學(xué)性和客觀性，通過全面分析云地閃活動變化規(guī)律，歸納雷電災(zāi)害損失的時(shí)空分布特點(diǎn)，識別雷災(zāi)損失類型和風(fēng)險(xiǎn)損害源，綜合研究云南省雷電致災(zāi)成因和影響因素，明確不同區(qū)域和場所的雷擊防護(hù)重點(diǎn)，能夠?yàn)槔纂姙?zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理和應(yīng)急處置、城鄉(xiāng)建設(shè)規(guī)劃等提供科學(xué)客觀的技術(shù)依據(jù)和決策參考，防御和減少雷擊危害及損失。