ADTD型與VLF/LF型閃電定位數(shù)據(jù)的對(duì)比分析

馬 強(qiáng)

(內(nèi)蒙古烏蘭察布市氣象局，烏蘭察布 012000)

0 引言

雷電是一種常見(jiàn)的自然現(xiàn)象。中國(guó)的雷電災(zāi)害主要集中在每年的4—9月，其中6—8月為高發(fā)期[1，2]。早期值班員普遍通過(guò)衛(wèi)星云圖和雷達(dá)回波監(jiān)視得到降水云團(tuán)的移動(dòng)方向和移速，但由于云圖和雷達(dá)的數(shù)據(jù)有一定的滯后性，觀測(cè)到的云系位置并不準(zhǔn)確。而以閃電定位數(shù)據(jù)作為主要的判斷依據(jù)，根據(jù) “+”(正閃) 和“-”(負(fù)閃)形式顯示出的閃電所在位置和出現(xiàn)頻率，可以準(zhǔn)確地反映雷暴的情況[3，4]。近年來(lái)，隨著閃電定位系統(tǒng)的建立和運(yùn)用，閃電資料在雷電災(zāi)害鑒定和閃電活動(dòng)特征分析等工作中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，而準(zhǔn)確的閃電資料是為業(yè)務(wù)工作提供科學(xué)指導(dǎo)的基礎(chǔ)，也是制定防雷減災(zāi)規(guī)劃的有效依據(jù)[5]。目前國(guó)內(nèi)使用的ADTD型閃電監(jiān)測(cè)定位系統(tǒng)是中國(guó)科學(xué)院空間中心于1997年研制的，經(jīng)過(guò)24 a的不斷完善，地閃雷電檢測(cè)技術(shù)和站網(wǎng)布局均非常成熟，但由于設(shè)備研發(fā)較早，觀測(cè)能力和觀測(cè)手段已不能滿足日益增長(zhǎng)的氣象防災(zāi)減災(zāi)需求[6]。近幾年各廠家陸續(xù)研發(fā)出新一代閃電定位儀，如：VLF/LF型、SAFIR型、LD-Ⅱ型等，其中VLF/LF型閃電定位儀不僅具有高靈敏度、高精度定位功能，還具有云閃定位功能。文章選取內(nèi)蒙古烏蘭察布市2019年汛期(6—8月)的ADTD型(以下簡(jiǎn)稱A型)與VLF/LF型(以下簡(jiǎn)稱V型)閃電定位數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，以期為內(nèi)蒙古烏蘭察布市的雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃和雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供數(shù)據(jù)支撐，為各級(jí)政府部門提供防雷減災(zāi)決策的科學(xué)依據(jù)。

1 資料來(lái)源

文章所使用的A型閃電定位資料來(lái)源于內(nèi)蒙古氣象局的閃電定位系統(tǒng)[7]，該系統(tǒng)自2009年投入運(yùn)行，烏蘭察布市內(nèi)共布設(shè)2臺(tái)閃電定位儀，分別位于集寧區(qū)和四子王旗國(guó)家基本氣象站，周邊盟市共布設(shè)6臺(tái)閃電定位儀。V型閃電定位資料來(lái)源于烏蘭察布?xì)庀缶?019年自建的3臺(tái)閃電定位儀，分別位于涼城縣、察哈爾右翼后旗國(guó)家一般氣象站和四子王旗國(guó)家基本氣象站，并與相鄰省市布設(shè)的5臺(tái)閃電定位儀組網(wǎng)后得到數(shù)據(jù)。

2 地閃空間分布特征

2.1 地閃活動(dòng)的時(shí)間變化特征

對(duì)2種類型地閃數(shù)據(jù)進(jìn)行逐月統(tǒng)計(jì)后可知，閃電的發(fā)生次數(shù)在6—8月呈逐漸增長(zhǎng)的趨勢(shì)，V型逐月數(shù)據(jù)量分別為A型數(shù)據(jù)量的1.5倍、1.92倍和2.04倍，而2種類型設(shè)備在烏蘭察布市及周邊省市部署的數(shù)量相近，表明V型設(shè)備的觀測(cè)能力強(qiáng)于A型設(shè)備。

對(duì)2種類型地閃數(shù)據(jù)進(jìn)行逐時(shí)統(tǒng)計(jì)后可知，烏蘭察布地區(qū)的地閃活動(dòng)具有明顯的日變化特征，地閃頻次的高值區(qū)為12：00—20：00(北京時(shí)，下同)，地閃頻次極大值出現(xiàn)于14：00—15：00，此外03：00—08：00地閃頻次較高，其余時(shí)刻地閃頻次較低。

2.2 地閃密度的空間分布特征

對(duì)2種類型地閃數(shù)據(jù)按行政區(qū)劃進(jìn)行空間分布統(tǒng)計(jì)，由于各旗縣的行政轄區(qū)面積不同，統(tǒng)計(jì)結(jié)果使用每百平方千米地閃頻次代替各旗縣總地閃頻次。統(tǒng)計(jì)得出，全市雷電呈南多北少分布。由于站網(wǎng)布局不同，相對(duì)于A型站，V型站在化德縣及周邊部署較密集，觀測(cè)數(shù)據(jù)偏多，在卓資縣和四子王旗及周邊部署較稀疏，觀測(cè)數(shù)據(jù)偏少。

此次閃電定位數(shù)據(jù)的時(shí)間跨度為3個(gè)月，因此將2種類型數(shù)據(jù)按探測(cè)區(qū)域的經(jīng)緯度以0.05°×0.05°的網(wǎng)格繪制地閃密度分布圖。因V型數(shù)據(jù)多于A型數(shù)據(jù)，網(wǎng)格數(shù)據(jù)定義為網(wǎng)格地閃頻次占全市總地閃頻次的百分比。從全市地閃密度分布可以得出，2種類型閃電數(shù)據(jù)的空間分布基本相同，地閃發(fā)生較多的地區(qū)為涼城縣、豐鎮(zhèn)市、興和縣、商都縣和四子王旗中部。通過(guò)與全市水域位置對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，涼城縣的岱海(112.7°E，40.6°N)、豐鎮(zhèn)市的聚寶莊水庫(kù)(113°E，40.5°N)、興和縣的友誼水庫(kù)(114°E，40.8°N)、商都縣的察罕淖爾(113.8°E，41.5°N)和察哈爾右翼后旗的石門口水庫(kù)(113.3°E，41.4°N)均為地閃活動(dòng)的高發(fā)區(qū)，0.05°網(wǎng)格的地閃頻次均在0.35%以上，表明地閃多發(fā)地區(qū)與地表水體的存在有一定的相關(guān)性。

2.3 閃電強(qiáng)度的分布特征

對(duì)全市2種類型閃電數(shù)據(jù)按閃電電流強(qiáng)度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如圖1所示。其中，圖1(a)與圖1(b)的統(tǒng)計(jì)圖形極為相似，說(shuō)明烏蘭察布地區(qū)汛期的地閃活動(dòng)以負(fù)閃為主，負(fù)閃發(fā)生概率為88.43%與87.5%，電流值分布為-150～150 kA，電流值主要集中在-5～-50 kA，平均電流值為-17.77 kA和-15.57 kA。V型設(shè)備對(duì)-15～15 kA的地閃探測(cè)比例明顯多于A型設(shè)備，表明V型設(shè)備的低電流地閃觀測(cè)能力較強(qiáng)。圖1(c)的云閃統(tǒng)計(jì)結(jié)果與地閃統(tǒng)計(jì)圖形有所不同，云閃活動(dòng)的負(fù)閃概率為40%，電流值分布區(qū)間為-150～150 kA，電流值主要集中在-25～35 kA，平均電流值為4.44 kA。

2.4 云閃高度的空間分布特征

對(duì)V型云閃數(shù)據(jù)按云層高度統(tǒng)計(jì)后的結(jié)果如圖2所示。烏蘭察布地區(qū)云閃發(fā)生的高度在0～30 km，80%的云閃位于10 km以下云層。云閃活動(dòng)主要集中于1～7 km，占總云閃60%，峰值為2～3 km，表明當(dāng)?shù)卦崎W活動(dòng)經(jīng)常在中云(2～6 km)發(fā)生，其次為低云(0～2 km)與高云(大于6 km)。

圖1 兩型閃電電流強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)(a)A型地閃；(b)V型地閃；(c)V型云閃

圖2 V型云閃發(fā)生的云層高度統(tǒng)計(jì)

3 結(jié)束語(yǔ)

文章從閃電的時(shí)間變化及空間分布等方面對(duì)ADTD型與VLF/LF型閃電定位儀進(jìn)行了對(duì)比分析，并得出相應(yīng)結(jié)論，分析結(jié)果可為預(yù)報(bào)預(yù)警和防雷減災(zāi)工作提供技術(shù)支撐和決策依據(jù)。