貴州西南地區(qū)雷電活動與地形地貌相關性分析*

朱曦嶸，楊依山，丁 旻，劉 波

（1.貴州省黔西南州氣象局，貴州 興義562400；2.貴州省氣象局，貴州 貴陽550000）

黔西南州位于貴州省西南部，緊鄰云南和廣西，是典型的低緯度高海拔山區(qū)，位于貴州高原向廣西丘陵盆地過渡的斜坡地帶上，地形落差大，特殊的地形地貌導致局地短時強對流災害天氣頻發(fā)，雷電、冰雹、暴雨等強對流天氣每年均給該州造成嚴重的經濟損失。李政[1]在對重慶地區(qū)雷電活動中下墊面影響分析指出，雷電活動與海拔高度呈波狀分布，并運用行星反照率地表特性、TBB資料得出，地表特性與雷電活動也具有一定相關性貴州的天氣氣候背景；程向陽等[2]分析了安徽省雷電易發(fā)區(qū)與海拔高度、地形標準差、水系、土壤電導率的空間相關性；潘建等[3]對土地利用率與江蘇省雷電活動中分析，土地類型對雷電頻次和雷電強度均有影響；李瑞芳等[4]對在山區(qū)雷電活動研究中指出，山體的坡度、寬度、高度均對雷電活動的有所影響。本文應用閃電定位資料、地理高程、土壤信息、土地類型等進行綜合分析，找出不同雷電強度等級下雷電活動與地形地貌的相關性。

1 資料來源與數(shù)據(jù)處理

1.1 閃電資料分析

本文使用2006～2017年貴州省ADTD二維閃電資料。采用QXT405-2017[5]中質量控制要求，剔除雷電流幅值為0～2kA的樣本130個（占比0.02%）和200kA以上的樣本2605個（占比0.41%）。按照百分位法，將雷電強度劃為3個等級，1～3級閃電分別占總閃電數(shù)的60%、30%、10%。1～3級閃電和總閃電的分布情況見表1。

表1 黔西南州各級雷電分布表

根據(jù)雷電分級的情況，對黔西南州年平均閃電密度進行分析，從圖1可以看出1級雷電活動頻繁的區(qū)域集中在黔西南州北部區(qū)域，晴隆縣發(fā)生最多，其次普安縣北部、興仁縣北部和望謨縣北部。2級雷電活動區(qū)域相對分散，黔西南州北部發(fā)生最多，東南部次之。3級雷電活動區(qū)域進一步分散，在黔西南州北部、東南部發(fā)生最多，南部次之，西部最少。

圖1 黔西南州雷電活動分布：（a）不分級、（b）1級、（c）2級、（d）3級

1.2 地理信息資料分析

此外，本文還使用了貴州省1:25萬數(shù)字地面高程（DEM）數(shù)據(jù)及地形變化柵格數(shù)據(jù)、縣級以上行政區(qū)劃及邊界矢量數(shù)據(jù)、1:100萬土壤電導率數(shù)據(jù)、1:100萬土地利用率數(shù)據(jù)等地理信息資料。其中地形差數(shù)據(jù)是在ArcGIS對DEM數(shù)據(jù)作鄰域分析，求出以目標格點為中心、邊長為3個柵格的正方形范圍內高程的標準差得到的，用以衡量地形的起伏程度。標準差的值越大，地形差的范圍就越大，地形越不平坦；土壤電導率數(shù)據(jù)來自全國1:100萬土壤柵格數(shù)據(jù)，由南京土壤所根據(jù)第2次全國土地調查結果制作，該數(shù)據(jù)集中包含“T_ECE:Real（電導率）”字段；2015年中國土地利用現(xiàn)狀遙感監(jiān)測數(shù)據(jù)是中國科學院地理科學與資源研究所在2010年數(shù)據(jù)基礎上，基于landsat 8遙感影像，通過人工目視解譯生成。

上述原始地理信息資料，利用ArcGIS軟件中空間分析工具，生成0.01°×0.01°柵格的基礎地理信息數(shù)據(jù)進行分析。

2 研究結果

2.1 海拔高度與雷電活動分析

黔西南州海拔高度在278～2143m之間（圖2），北部的晴隆縣、普安縣平均海拔均超過1100m，屬于典型的高海拔山區(qū)，而南面的冊亨縣、望謨縣大部分區(qū)域平均海拔不足600m，整個地形西高東低，北高南低。根據(jù)百分位法將海拔高度均分成5個范圍，得到表2。

表2 黔西南州海拔高度與雷電活動分布表

圖3 可看出，黔西南州雷電活動與海拔高度關系密切，雷電活動隨海拔高度的增加而增加。根據(jù)雷電分級情況可看出，1級雷電與海拔高度的正相關性最高，在較高海拔范圍達到最大值。2級雷電在高海拔范圍活動最強，在中海拔、較高海拔范圍活動偏弱。3級雷電分布較為平均，受海拔高度的影響不大。

2.2 地形差與雷電活動分析

黔西南州地形差在0～398.6m之間（圖2），根據(jù)百分位法將地形差均分成5個范圍，得到表3。

表3 黔西南州地形差與雷電活動分布表

圖3 可看出，黔西南州雷電活動與地形差整體上呈正相關性，地形差大的地方雷電活動均高于平均值，2級雷電與地形差相關性最佳。但1級雷電的活動頻率在地形差小的地區(qū)僅次于地形差大的地區(qū)，呈現(xiàn)“高起點高落差”的趨勢。

2.3 土壤電導率與雷電活動分析

黔西南州的土壤電導率數(shù)據(jù)只有0、0.1、0.3三個數(shù)值（圖2），分類進行統(tǒng)計得到表4。

表4 黔西南州雷電活動與土壤電導率分布表

圖3 可看出，黔西南州的雷電活動與土壤電導率呈負相關性，土壤電導率越低的地方雷電活動越頻繁，雷電強度越小，該相關性越強。

2.4 土地利用率與雷電活動分析

黔西南州的土地利用類型包括耕地、林地、草地、水域、居民地和未利用土地6個一級類型（圖2），其中水域、未利用土地在黔西南州總面積中占比不足1%，樣本太少，不列入統(tǒng)計分析。

圖2 黔西南州海拔高度（a）、地形差（b）、土壤電導率（c）及土地類型（d）分布

圖3 可看出，黔西南州雷電活動更易于發(fā)生在耕地上，其活動頻率超過平均值，其次為草地、林地，在城鄉(xiāng)、工礦、居民用地最低。根據(jù)雷電分級情況，1級雷電活動與土地類型關系最為密切，2級雷電活動次之，3級雷電活動與土地類型關系不大，但在城鄉(xiāng)、工礦、居民用地的土地類型上各級雷電活動均明顯少于平均值（表5）。

表5 黔西南州雷電活動與土地利用率分布表

圖3 黔西南州雷電活動與海拔高度（a）、地形差（b）、土壤電導率（c）及土地類型（d）關系圖

3.5 海拔高度、地形差、土壤電導率與雷電活動相關系數(shù)分析

雷電活動與海拔高度、地形差及土壤電導率的相關系數(shù)分析顯示（表6），雷電活動與海拔高度、地形差為正相關，與土壤電導率為負相關；相關性最好的為海拔高度，最差的為土壤電導率。從不同級別雷電與地形地貌的相關性來看，2級雷電與地形差的相關性相對最好，1級雷電與海拔高度的相關性次之，3級雷電與各地形地貌的相關性均不高。

表6 黔西南州雷電活動與海拔高度、地形差、土壤電阻率相關系數(shù)表

因黔西南州土壤電導率差異性不大，其中土壤電導率面積占比在90%以上，所以在與雷電活動的相關系數(shù)的表現(xiàn)上較差。而1級雷電在低地形差時存在“高起點高落差”的特異性，導致1級雷電與地形差的相關系數(shù)較低，但曲線分析顯示，從較低地形差開始，各級雷電均與地形差呈較緊密的正相關性。

3 結論

（1）黔西南州雷電活動隨海拔高度的增加而增加，1級雷電與海拔高度的正相關性最高，在較高海拔范圍達到最大值，但隨著雷電強度越大，其正相關性逐漸降低。

（2）黔西南州雷電活動與地形差整體上呈正相關性，地形差大的地方雷電活動均高于平均值，2級雷電與地形差的相關性最佳。

（3）黔西南州的雷電活動與土壤電導率呈負相關性，土壤電導率越低的地方雷電活動越頻繁。

（4）黔西南州雷電活動更易于發(fā)生在耕地上，其次為草地、林地，在城鄉(xiāng)、工礦、居民用地最低。雷電強度越低，與土地類型關系越緊密。

（5）雷電活動與各類地形地貌的相關性和雷電強度關系密切，總體表現(xiàn)為雷電強度越低，受地形地貌的影響越大。