基于GIS南京地區(qū)雷電活動(dòng)特征研究

陳壽軍 南京昆侖防雷裝置檢測(cè)中心

一、引言

雷電是雷雨云內(nèi)部、雷雨云之間或雷雨云與大地之間發(fā)生的劇烈放電現(xiàn)象。雷電活動(dòng)除與大氣環(huán)流有關(guān)外，還與地理、地質(zhì)、氣候、季節(jié)等因素有緊密的關(guān)聯(lián)，其發(fā)生的條件和強(qiáng)度，在不同地域顯示出不同的活動(dòng)特征[1]。

二、研究區(qū)概況

南京地處江淮下游，面積6600km2。南京南北長(zhǎng)、東西窄，成正南北向；南北直線距離150km，中部東西寬50～70km，是低山、崗地和濱湖平原等地形構(gòu)成的地貌綜合體。

三、研究方法

本文所用資料是2017～2019年的南京地區(qū)雷電定位資料，包括雷電發(fā)生的時(shí)間、經(jīng)緯度、極性（正、負(fù)閃）、電流強(qiáng)度等。分析雷電活動(dòng)規(guī)律，利用GIS技術(shù)繪制南京地區(qū)雷電密度圖。雷電密度圖更精確、更全面地反映雷電活動(dòng)區(qū)域分布狀況，促進(jìn)防雷工作精細(xì)化，指導(dǎo)公眾做好雷電防護(hù)工作，減少雷電災(zāi)害損失。

四、研究結(jié)果與原因分析

（一）南京地區(qū)雷電活動(dòng)空間分布特征

從2月份開(kāi)始，南京地區(qū)的雷電活動(dòng)逐漸增強(qiáng)，7月份達(dá)到最高峰，幾乎每天都有雷電發(fā)生；之后，雷電活動(dòng)逐漸減弱。夏季大氣對(duì)流運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，雷電活動(dòng)最強(qiáng)，占全年的70%；冬季受冷高壓控制，不易形成對(duì)流性天氣，基本沒(méi)有雷電活動(dòng)。本文以江蘇省2017～2019年7月份雷電定位系統(tǒng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為樣本，利用ArcGIS的空間分析模塊繪制南京地區(qū)雷電密度圖。利用空間分析模塊中密度函數(shù)計(jì)算雷電密度，采用自然分割法將雷電密度分成6級(jí)[2]。使用不同顏色進(jìn)行分層設(shè)色，使整幅雷電密度圖色彩層次清晰，直觀反映區(qū)域雷電活動(dòng)的分布情況（圖1）。

圖1 發(fā)現(xiàn)，雷電活動(dòng)范圍在逐年擴(kuò)大。2017年7月南京地區(qū)雷電活動(dòng)高密度區(qū)主要分布在南京市區(qū)和江北六合一帶；2018年7月江寧區(qū)是雷電活動(dòng)最密集的區(qū)域，并且溧水區(qū)的雷電密度也較高；2019年7月雷電活動(dòng)中心范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，主要集中在六合區(qū)和江北新區(qū)，雨花區(qū)和棲霞區(qū)，高淳區(qū)和溧水區(qū)。

（二）原因分析

1.與地理環(huán)境的關(guān)系

研究發(fā)現(xiàn)，雷雨云帶有大量電荷，由于靜電感應(yīng)作用，雷雨云下方的地物會(huì)感應(yīng)出與雷雨云相反的電荷[2]。地形地貌對(duì)雷電活動(dòng)影響較大，受地形起伏影響電場(chǎng)發(fā)生變化，感應(yīng)電荷會(huì)積聚在突出的地物上，所以山地的電荷密度比平原地區(qū)更大，電場(chǎng)強(qiáng)度更強(qiáng)[3]。

2.與城市發(fā)展的關(guān)系

南京地區(qū)城市人口集中、工廠密集、高層建筑物林立、城市下墊面隨城市建設(shè)不斷改變。在人類活動(dòng)影響下，使得城市大氣上升運(yùn)動(dòng)加快，對(duì)流天氣對(duì)空氣電荷分離起到促進(jìn)作用，在一定程度上易發(fā)生雷電活動(dòng)[3]。城市中高大建筑物對(duì)雷雨云的移動(dòng)有阻滯作用使云團(tuán)移動(dòng)變緩，增加雷電活動(dòng)持續(xù)的時(shí)間。從圖1分析發(fā)現(xiàn)，南京地區(qū)雷電活動(dòng)范圍隨著城市的發(fā)展明顯擴(kuò)大，雷電高密度區(qū)分布越來(lái)越廣。2017年雷電活動(dòng)主要分布在主城區(qū)和沿江工業(yè)區(qū)；2018年雷電活動(dòng)高密度區(qū)在江寧新城區(qū)；2019年江北新區(qū)和江寧區(qū)雷電活動(dòng)也逐漸增強(qiáng)。

五、結(jié)論

1.南京地區(qū)雷電活動(dòng)的時(shí)間分布規(guī)律，從2月份開(kāi)始出現(xiàn)雷電活動(dòng)，逐漸進(jìn)入多雷期，7、8月份達(dá)到最高峰，之后雷電活動(dòng)逐漸減弱，到11月份基本停止。年首次雷電活動(dòng)發(fā)生的時(shí)間有提前的趨勢(shì)。

2.南京地區(qū)的雷電活動(dòng)與地理環(huán)境因素密切相關(guān)，研究發(fā)現(xiàn)雷電活動(dòng)在丘陵山地明顯比平原地區(qū)多。

3.人類活動(dòng)對(duì)雷電活動(dòng)發(fā)布影響較大，城市發(fā)展在一定程度上增加了雷電活動(dòng)的強(qiáng)度。雷電活動(dòng)范圍隨著城市的發(fā)展明顯擴(kuò)大，雷電高密度區(qū)分布越來(lái)越廣，且擴(kuò)大的趨勢(shì)是與城市擴(kuò)展同步。