承德市閃電定位系統(tǒng)的閃電活動(dòng)及特征參數(shù)分析

童俊

摘 要：該文利用承德市ADTD型閃電定位儀提供的探測(cè)資料，采用ArcGis和Excel兩個(gè)軟件的統(tǒng)計(jì)分析功能對(duì)承德地區(qū)雷暴日、雷電流幅值、雷擊大地密度、正負(fù)閃概率和波頭陡度等閃電活動(dòng)特征進(jìn)行分析，得出雷電的大概分布規(guī)律，為研究當(dāng)?shù)乩纂姺植家?guī)律、雷電預(yù)警、雷電防御、雷災(zāi)調(diào)查及鑒定、建筑物雷電風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及建筑物防雷設(shè)計(jì)等工作提供了科學(xué)的參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：閃電定位系統(tǒng) 閃電活動(dòng) 特征參數(shù)分析

中圖分類號(hào)：P42 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）07（a）-0062-04

承德位于華北和東北兩個(gè)地區(qū)的過渡地帶，四周環(huán)山，地勢(shì)由西北向東南階梯下降，年平均雷暴日數(shù)高達(dá)40多天，屬于高雷區(qū)，雷電災(zāi)害性天氣頻繁，每年都會(huì)造成一定的人員傷亡和巨大財(cái)產(chǎn)損失，而且隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，雷電災(zāi)害的發(fā)生率呈上升的趨勢(shì)，其造成的影響越來越大，雷電災(zāi)害越來越為人們所關(guān)注。鑒于雷電災(zāi)害的危害越來越大，特提出對(duì)承德地區(qū)雷暴日、雷電流幅值等閃電活動(dòng)特征進(jìn)行分析，研究當(dāng)?shù)乩纂姺植家?guī)律，為雷電防御、建筑物雷電風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及建筑物防雷設(shè)計(jì)等工作提供了科學(xué)的參考依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)來源與分析方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

承德市一共有3個(gè)ADTD型閃電定位儀，位于承德市區(qū)、豐寧和圍場(chǎng)，組成來自于承德市地面觀測(cè)站，該文采用2013年的資料，雷擊次數(shù)多，雷擊范圍廣。

1.2 分析方法

（1）利用ArcGis的數(shù)據(jù)分析功能。

（2）利用Excel中的統(tǒng)計(jì)分析功能。

2 人工觀測(cè)的雷暴日和閃電定位資料統(tǒng)計(jì)的雷暴日對(duì)比分析

閃電定位儀能對(duì)雷電的發(fā)生進(jìn)行有效的記錄，數(shù)據(jù)包括雷電發(fā)生時(shí)間、經(jīng)緯度、強(qiáng)度、極性、上升陡度等，對(duì)雷電監(jiān)測(cè)提供了比人工觀測(cè)資料更為科學(xué)、合理的數(shù)據(jù)，可信度更高。閃電定位儀記錄的雷擊點(diǎn)分布如圖1所示，根據(jù)圖1得到的各地區(qū)的雷暴日如表1所示，豐寧和平泉雷暴日數(shù)最多，隆化雷暴日數(shù)最少，且全市范圍內(nèi)1月、2月、11月和12月無閃電發(fā)生。

該文采用一種新的檢驗(yàn)方法，不使用各個(gè)地區(qū)的雷暴統(tǒng)計(jì)，而是以人工觀測(cè)站點(diǎn)為中心，半徑30 km為圓心，將這個(gè)圓區(qū)域范圍內(nèi)出現(xiàn)的閃電定位資料與人工觀測(cè)到的雷暴日進(jìn)行對(duì)比分析，如圖2所示。通過圖2分析得出2013年閃電定位儀觀測(cè)到的閃電日比人工觀測(cè)的雷暴日數(shù)明顯偏多，偏多最大的為平泉，兩者相差49天，其次是承德和寬城，相差43天，偏差最小的是隆化，閃電定位儀觀測(cè)閃電日比人工觀測(cè)雷暴日多14天。閃電定位儀觀測(cè)的閃電日比人工觀測(cè)的雷暴日多，究其原因在于閃電定位儀觀測(cè)為該地區(qū)的落雷日，不管雷聲大小，只要有落雷就能被儀器探測(cè)到；而人工觀測(cè)到的雷暴出現(xiàn)范圍僅限于20～30 km，出現(xiàn)在≥30 km的落雷一般是無法觀測(cè)和記錄到的，且同時(shí)發(fā)生不伴有雷聲的閃電時(shí)，人工觀測(cè)的漏測(cè)可能性很大，人工觀測(cè)存在一定的客觀性和局限性，因此閃電定位儀監(jiān)測(cè)的雷暴日比人工觀測(cè)的雷暴日多是合乎道理的。

3 閃電次數(shù)與雷電流極性

承德市2013年的年總閃數(shù)為136 005次，其中正閃為6 406次，僅占總閃數(shù)的4.7%，負(fù)閃占95.3%，說明承德市內(nèi)的閃電主要以負(fù)閃為主。從幅值上看，正閃的幅值均值為42.0 kA大于負(fù)閃的幅值均值6.0 kA。另外，從月總閃數(shù)分布圖圖3可以看出，承德市閃電主要發(fā)生在6～9月，且8月閃電總次數(shù)最多，為82 712次。

4 基于閃電定位的雷擊大地密度及分布

雷擊大地密度即為每平方公里雷擊大地的次數(shù)Ng，即定義為一年當(dāng)中單位地表面積上所出現(xiàn)的地閃數(shù)，則得出計(jì)算公式如下：

雷擊大地密度≈閃電定位記錄的一定區(qū)域內(nèi)的總閃數(shù)/該區(qū)域的面積

利用承德市2013年的閃電定位記錄的9個(gè)市縣的總閃數(shù)，按定義計(jì)算雷擊大地密度，得到如表2所示的數(shù)據(jù)。

從表2可以看出，由定義計(jì)算的承德市各地區(qū)的雷擊大地密度值在1.82～9.52，其中平泉最高為9.52，寬城和承德次之，圍場(chǎng)最低為1.82。如圖4所示，位于承德市東南部的平泉和寬城雷擊大地密度最高，位于承德市西北部的豐寧和圍場(chǎng)最低，雷擊大地密度的大概特征就是從東南向西北遞減，東南最高，中部次之，西北最低。

雷擊大地密度與雷暴日之間的關(guān)系與地形、氣候、緯度等多種因素有關(guān)，如果雷擊大地密度與雷暴日的關(guān)系的簡(jiǎn)化數(shù)值關(guān)系可以用線性系數(shù)k表示的話，那么基于閃電定位的資料，利用已知雷擊大地密度和雷暴日的基礎(chǔ)上，求兩者的比值，得到它們之間的關(guān)系表如表3所示。

由表3可以看出，圍場(chǎng)和豐寧地區(qū)的雷擊大地密度與雷暴日的比值最小，也就是說，圍場(chǎng)和豐寧地區(qū)的每個(gè)雷暴日落雷次數(shù)最少，而平泉和寬城地區(qū)的雷暴日與落雷次數(shù)的相關(guān)性要好一些。

5 雷電流幅值雷擊概率

雷電流的幅值是表征雷電流強(qiáng)度的重要參數(shù)，對(duì)承德市的年雷電流幅值雷擊概率分段做統(tǒng)計(jì)。將雷電流幅值分為4個(gè)區(qū)間，分別以20 kA、40 kA、60 kA為分區(qū)點(diǎn)，從累積概率曲線上找到相應(yīng)的概率分布值，記錄如表4所示。

對(duì)表4中的數(shù)據(jù)進(jìn)行加工整理可知，承德市2013年發(fā)生的所有閃電中，雷電流幅值小于20 kA的占51%、20～40 kA的占39%、40～60 kA的占7%、大于60 kA的占3%，如圖5所示。

根據(jù)分析可知，承德市雷電流幅值主要分布在0～40 kA，且每個(gè)月雷電幅值均值在17～31 kA，對(duì)每個(gè)月的雷電流幅值取雷擊平均值，得到總的幅值平均值為23.28 kA。

6 結(jié)論

（1）承德市各地區(qū)的雷暴日，豐寧和平泉最多，隆化最少，且全市范圍內(nèi)1月、2月、11月和12月無閃電發(fā)生。比對(duì)了人工與閃電定位觀測(cè)的雷暴日數(shù)，分析了閃電定位儀監(jiān)測(cè)比人工觀測(cè)的雷暴日多的原因。

（2）承德市全年總閃電數(shù)中，負(fù)閃遠(yuǎn)大于正閃，但正閃的幅值均值遠(yuǎn)大于負(fù)閃的幅值均值。此外，從閃電發(fā)生次數(shù)上看，承德市閃電主要發(fā)生在6～9月，且8月閃電總次數(shù)最多。

（3）雷擊大地密度的大概特征就是從東南向西北遞減，東南最高，中部次之，西北最低。分析了雷擊大地密度與雷暴日的關(guān)系，圍場(chǎng)和豐寧地區(qū)的每個(gè)雷暴日落雷次數(shù)最少，而平泉和寬城地區(qū)的雷暴日與落雷次數(shù)的相關(guān)性要好一些。

（4）承德市雷電流幅值主要分布在0～40 kA，且每個(gè)月雷電幅值均值在17～31 kA，總的幅值平均值為23.28 kA。

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