萬盛地閃活動規律與雷電災害風險區域研究

楊浩 夏航 陳微建

摘 要：本文利用萬盛2009—2018年地閃定位監測資料，統計分析了萬盛地閃活動的逐年、逐月、逐日活動特性，結果表明：萬盛年地閃特征以負地閃為主，地閃總體數量呈上升趨勢，負地閃與總地閃百分率呈正相關關系;地閃月活動規律呈現明顯的季節性變化，夏季（6、7、8月）是閃電多發月份，1、2、10、11、12月份為地閃低發月份;地閃日變化規律呈單峰型，屬于白天主導，峰值時段集中在15∶00—19∶00，谷值時段集中在7∶00—13∶00;地閃平均強度為28.66kA，地閃強度主要集中在20～60kA間隔段，地閃強度主要分布在10～100kA之間，正負地閃的分布曲線大致相同，地閃以20kA和180kA為界限。利用ArcGIS軟件做出萬盛年平均地閃密度圖、年平均地閃強度圖，采用自然斷點法，將萬盛雷電災害易發區域劃分為高易發區域、中高易發區域和低高易發區域3個等級，并指出雷電易發等級的分布區域。

關鍵詞：地閃;規律;雷電;風險區域

中圖分類號：S16 ? ? ? 文獻標識碼：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20200330037

萬盛地處四川盆地東南邊緣與云貴高原銜接過渡山區，具有四川盆地亞熱帶濕潤季風氣候特點，年平均雷暴日41d，屬于多雷暴地區。本文通過統計分析萬盛近10a的閃電定位監測資料，對萬盛的地閃活動規律和雷電災害風險區域進行了分析研究，為今后萬盛的防雷減災工作、雷電預警預報服務、雷電易發區劃提供一定的參考依據和理論數據。

1 資料來源和分析方法

1.1 資料來源

本文使用萬盛2009—2018年地閃定位監測資料。該資料來源于重慶市閃電監測網，該網由閃電定位儀、中心數據處理站、用戶數據服務網絡及圖形顯示終端組成，包括1個主站（沙坪壩），酉陽、城口、云陽、石柱4個子站，且與四川、陜西、湖北、貴州等鄰近區域的雷電監測站點聯網。其中每條閃電資料包含閃電發生的時間、經度、緯度、閃電強度、陡度、誤差、定位方式、地理位置參數。

1.2 分析方法

采用統計方法，統計一天中00∶00—01∶00（標為0）、01∶00—02∶00（標為1）……23∶00—24∶00（標為23），逐小時統計地閃頻數及正負地閃占總地閃的比值，得出閃電變化的時變化特征;逐月統計相同月份的地閃頻數，得出總地閃月變化特征;在剔除超過200kA的雷電流后，按照10kA為間隔，把閃電強度≤200kA的閃電劃分為20個等級，計算出各個等級內閃電占總閃電的比例。在空間上，采用0.01°×0.01°網格化萬盛地圖，通過ArcGIS軟件作圖分析萬盛2009—2018年平均地閃密度及平均地閃強度圖。采用自然斷點法選取平均地閃密度分布圖、平均地閃強度分布圖、海拔高度、地形起伏、人口密度、GDP密度等因子計算雷電災害風險易發指數，進行分類處理，得出萬盛雷電災害易發區域圖。

2 ?地閃活動特征

2.1 地閃逐年分布規律

表1為萬盛2009—2018年地閃數量及負地閃占總地閃百分率統計數據表。從表1中可以看出，萬盛10a間共發生18994次地閃，年平均地閃次數為1899.4次。其中正地閃398次，年平均39.8次，占地閃總數的2.1%;負地閃18596次，年平均1859.6次，占地閃總數的97.9%，結果表明萬盛地閃特征以負地閃為主。

通過分析10a間的負地閃占總地閃的百分比，可以看出該數據在2017年形成峰值，同年全年總地閃次數為5165次，排名第1位;2010年形成次峰值，同年全年總地閃次數為4431次，排名第2位;2015年形成谷值，同年全年總地閃次數為640次，排名第10位;2014年形成次谷值，同年全年總地閃次數為752次，排名第9位。結果表明，萬盛年地閃數量越多，則負地閃占總地閃百分比越大，兩者呈正相關關系。

圖1為萬盛2009—2018年地閃變化規律圖。從圖1可以看出，萬盛年地閃數量最大值出現在2017年，為5196次;最小值出現在2015年，為694次。利用移動平均法分析，可以看出萬盛年地閃數量年變化規律呈u型分布，在2009—2012年地閃數量總體呈明顯下降趨勢;2012—2016年間略微浮動，總體呈平衡狀態;2016—2018年間，總體呈明顯上升趨勢。通過線性趨勢分析萬盛年地閃數量年變化規律，可以看出萬盛年地閃數量總體呈緩慢上升趨勢。

2.2 地閃逐月分布規律

圖2為萬盛地閃逐月規律分布圖，通過統計萬盛2009—2018年相同月份地閃數量占總地閃數量的百分率，結果表明萬盛雷電活動規律呈現明顯的季節性變化。夏季（6、7、8月）是閃電多發月份，這3個月的地閃占全部地閃的86%左右，地閃發生的峰值出現在8月份，占全年地閃的54%左右，8月過后則快速遞減。1、2、10、11、12月份為地閃低發月份，這5個月的地閃占全年地閃的1%左右，特別是1、12月，幾乎沒有閃電發生。

造成這種月分布原因是從3月份開始，溫度逐漸提升，熱力不穩定條件逐漸增強，對流性天氣增多，雷暴發生的次數逐月增加，特別是7、8月份，正值汛期，水汽增多，有利于對流天氣形成，所以7、8月份很容易出現雷暴。9月份以后，溫度下降，熱力不穩定條件減弱，對流性天氣很少發生，雷暴發生的次數開始回落，大氣層結相對較穩定，因此冬季雷暴發生次數較少。

2.3 地閃的日變化規律

圖3為地閃逐時分布規律圖。通過統計萬盛2009—2018年每天中每個小時地閃數量占總地閃數的百分率，可以看出萬盛雷電活動日變化呈單峰型，屬于白天主導，高峰值時段集中在15∶00—19∶00，占全天總數的65%左右，其中18時達到峰值。表明1d當中對流天氣集中發生在15∶00—19∶00，這也是做好雷電監測、預警的關鍵時期;低值區集中在7∶00—13∶00，占全天總數的3.34%左右，最小值出現在11∶00。表明萬盛1d當中閃電活動最弱的階段發生在7∶00—13∶00，地閃發生平穩且較少。

2.4 地閃的強度特征

圖4為地閃強度分布特征圖。可以看出正地閃和負地閃變化趨勢較大，正地閃的波形變化較負地閃的波形變化緩慢，地閃平均強度為28.66kA，其中，正地閃的平均強度33.94kA，負地閃的平均強度23.38kA。地閃強度主要集中在20～60kA間隔段，占地閃總數的80.83%左右，其中正負地閃數量分別占正負地閃總數60.67%和81.24%。地閃的峰值出現在30～40kA間隔段，占地閃總數的30.34%左右，正負地閃數量分別占正負地閃總數的18.41%和29.97%。10～100kA間隔段內地閃的數量占總正地閃數量的97.32%，其中正負地閃數量分別占正負地閃總數87.45%和97.35%，說明地閃強度主要分布在10～100kA之間。

圖5為地閃強度累計百分率分布圖。可以看出正負地閃的分布曲線大致相同，地閃強度以20kA和180kA為界限，在強度在≤20kA和>180kA之間時，正地閃的累計百分率高于負地閃，當地閃強度>20kA≤180kA之間時，負地閃的累計百分率高于正地閃。從地閃強度的分布來看，正地閃在強度≤110kA時，正地閃的累計百分率為92.05%，負地閃在強度≤70kA時，負地閃的累計百分率為92.92%，說明正地閃分布較為分散，沒有負地閃集中。

2.5 地閃強度空間分布特征

圖6是萬盛地閃強度分布圖。從圖中可以看到，地閃強度的分布比較均勻，不存在明顯的地域性，大部分地區強度都在26～55kA之間，但也有大強度地閃分布其中。

圖7是萬盛地閃密度分布圖。從圖中可以看出，萬盛年平均地閃密度3.51次/km，密度較高的區域集中在金橋鎮中部及西部、叢林鎮中部及南部、萬東鎮南部、黑山鎮中部及南部、南桐鎮中部及南部、青年鎮中部及西部、關壩鎮西部、石林鎮中部及西部，地閃密度超過了6次/km2;4個極值中心分布在萬東鎮南部、南桐鎮南部、青年鎮中部、青年鎮西部，地閃密度超過了11次/km2;萬盛街道、東林街道地閃密度較小，地閃密度<3次/km2。出現這種差異，可能與萬盛的地形地貌有關，萬盛屬四川盆地東南邊緣與云貴高原銜接過渡山區，地勢東高西低，山脈南北伸展，水庫，河流眾多，水源充足，為對流活動提供了充足的水汽。

2.6 雷電災害易發區域分析

圖8是萬盛雷電災害易發分布圖。萬盛經開區雷電災害易發區域主要選取地閃密度分布圖、地閃強度分布圖、海拔高度、地形起伏、人口密度、GDP密度等因子計算雷電災害風險易發指數，采用自然斷點法進行分類處理，把萬盛雷電災害易發區域劃分為高易發區域、中高易發區域和低高易發區域。高易發區域主要分布在萬盛街道、東林街道、萬東鎮、金橋鎮西部、叢林鎮中部、黑山鎮中部、南桐鎮南部、青年鎮中部及西部、關壩鎮北部等地;中易發區域主要分布在關壩鎮中部、南桐中部、石林北部、黑山西部等地;低易發區域主要分布在叢林鎮東部、石林鎮南部、關壩鎮南部、黑山鎮中東部。

3 結論

萬盛地閃特征以負地閃為主，占全年地閃總數的97.9%，地閃數量越多，則負地閃占總地閃百分比越大，兩者呈正相關關系;通過線性趨勢分析萬盛年地閃數量年變化規律，可以看出萬盛年地閃數量總體呈上升趨勢。

萬盛地閃月變化規律呈現明顯的季節性變化。夏季（6、7、8月）是閃電多發月份，這3個月的地閃占全部地閃的86%左右，地閃發生的峰值出現在8月份，占全年地閃的54%左右;1、2、10、11、12月份為地閃低發月份，這5個月的地閃占全年地閃的1%左右，特別是1、12月，幾乎沒有閃電發生。

萬盛地閃日變化呈單峰型，屬于白天主導，高峰值時段集中在15∶00—19∶00，占全天總數的65%左右，其中18∶00達到峰值;低值區集中在7∶00—13∶00，占全天總數的3.34%左右，最小值出現在11∶00。

萬盛正地閃和負地閃變化趨勢較大，正地閃的波形變化較負地閃的波形變化緩慢，地閃平均強度為28.66kA，地閃強度主要集中在20～60kA間隔段，地閃強度主要分布在10～100kA之間，正負地閃的分布曲線大致相同，地閃以20kA和180kA為界限。

萬盛地閃強度的分布比較均勻，不存在明顯的地域性，大部分地區強度都在26～55kA之間，年平均地閃密度3.51次/km2;4個極值中心分布在萬東鎮南部、南桐鎮南部、青年鎮中部、青年鎮西部，地閃密度超過了11次/km。

萬盛雷電災害高易發區域主要分布在萬盛街道、東林街道、萬東鎮、金橋鎮西部、叢林鎮中部、黑山鎮中部、南桐鎮南部、青年鎮中部及西部、關壩鎮北部等地;中易發區域主要分布在關壩鎮中部、南桐中部、石林北部、黑山西部等地;低易發區域主要分布在叢林鎮東部、石林鎮南部、關壩鎮南部、黑山鎮中東部。

參考文獻

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（責任編輯 周康）