包頭市雷電活動特征分析

摘 要：選取包頭市國家氣象觀測站雷暴日觀測資料和閃電定位監測資料對包頭市雷電活動變化進行分析。雷暴日觀測資料選取的是包頭市1978—2013年7個國家氣象觀測站的數據，運用常規數據統計、氣候傾向率等方法，對包頭市雷暴日數的時空分布特征進行分析。結果表明：近36年包頭市雷暴日數總體呈波動減少趨勢，其氣候傾向率為2.71 d/10年，即每10年雷暴日數減少2.71 d。利用2014—2020年包頭地區的閃電（地閃）探測資料進行分析，發現2014—2020年負地閃所占比例為92.46%，平均電流強度為-24.15 kA；正地閃所占比例為7.54%，平均電流強度為51.28 kA。地閃活動主要發生在每年6—9月，約占全年地閃總次數的97.9%，且集中在15：00～19：00。

關鍵詞：雷電；雷暴日數；初終日；地閃頻次

中圖分類號：P468 文獻標志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）07–0-03

雷電災害是“國際減災十年”委員會公布的最嚴重的10種自然災害之一，并被國際電工委員會（IEC）確定為“電子化時代的一大公害”[1]。全球每年因雷擊造成人員傷亡，財產損失不計其數。隨著我國社會經濟的高質量發展和電子信息產業的迅速推進，雷暴造成的災害影響越來越大[2]。雷電放電時產生的強烈電磁輻射可能對作物的生長發育和生理代謝產生不利影響，導致作物減產甚至死亡，也會改變土壤的化學性質，導致土壤中有害物質的累積和釋放，危及作物生長環境。雷電活躍時往往伴隨氣溫、濕度等環境條件的變化，這種變化可能誘發作物病蟲害，加劇對作物的危害，雷電造成的森林火災也不容忽視。同時，雷電可能對農舍、水泵、灌溉設備及電力、通信等設施造成損壞，間接導致農業生產中斷，給農業生產帶來資金損失。

包頭市地處蒙古高原南部，位于中溫帶大陸性半干旱與干旱氣候區，夏季雷電活動較為頻繁，根據《中華人民共和國國家標準：《建筑物電子信息系統防雷技術》（GB 50343—2012）的劃分標準，包頭市屬于中雷區。

韓經緯等[3]對內蒙古雷暴、冰雹災害的評估分析與防御對策進行了研究，指出雷暴、冰雹災害主要集中于山地及丘陵地區，以陰山到燕山、大興安嶺為雷暴、 冰雹災害最重、最頻繁的地區。雷電災害發生的頻率越高，造成的損失也就越大，最新的統計資料表明，雷電造成的損失已經上升到自然災害的第三位[4-5]。2014年以來，內蒙古自治區氣象局閃電定位系統成功布設，實現了全天候、長期、連續運行并記錄雷電發生的時間、位置、強度和極性等指標，極大地提升了雷電活動監測能力。通過分析包頭市雷電活動分布特征，為包頭市雷電防御提供科學決策依據，以便日后提高防災減災工作效率。

1 資料來源與方法

2014年前，選取包頭市1978—2013年7個國家氣象觀測站36年的人工觀測雷暴日數資料進行統計分析，運用常規數據統計、氣候傾向率等方法分析雷暴天氣特征，氣候要素的變化趨勢一般用一次線性方程表示，即用最小二乘法擬合趨勢變化：y=ax+b，定義10年為氣候傾向率[6]。2014年開始使用內蒙古氣象數據中心閃電定位系統監測到的地閃數據進行雷電活動特征分析。

2 雷電活動的分布特征

2.1 雷暴出現日數的分布特征

2.1.1 雷暴出現日數的空間分布特征

1978—2013年包頭市年平均雷暴日數為28.9 d，各地年平均雷暴日數最多的希拉穆仁，為34.4 d，然后依次為土右旗、固陽縣，最少是滿都拉，為24.6 d，平均雷暴日數最多者與最少者均屬于北部達茂旗，年均相差9.8 d。在36年中，單站年出現雷暴日數最多者為1982年的希拉穆仁，達48 d；最少者為15 d，分別為2010年的市區、2005年的固陽縣、2007年及2011年的滿都拉。以上數據說明包頭市雷暴日數分布特征差異較大，雷暴日數呈現東南多、西北少的地域分布特征。

2.1.2 雷暴出現日數的年變化特征

雷暴天氣在氣象學中用雷暴日表示，單位為“天”，由包頭市年平均雷暴日數的變化趨勢圖可知（圖1），1980年平均雷暴日數最多而2010年平均雷暴日數最少，天數分別為40、19 d，兩者相差21 d，說明包頭市雷暴日數年際間相差較大。年平均雷暴日數高于平均值的有18年，占50.0%。20世紀80年代包頭市平均雷暴日數為33.34 d，20世紀90年代平均雷暴日數為28.33 d，21世紀初平均雷暴日數為26.17 d，近36年雷暴日數的平均值為28.9 d，可見20世紀80年代包頭市雷暴日數高于平均值，20世紀90年代、21世紀初低于平均值。近36年包頭市雷暴日數總體呈波動減少趨勢，其氣候傾向率為2.71 d/10年，即每10年雷暴日數減少2.71 d。

2.1.3 雷暴出現日數的月變化特征

1978—2013年，包頭市月平均雷暴日數的變化趨勢為3—7月雷暴日數逐漸增加（圖2），7月后雷暴日數逐漸減少。各月平均雷暴日數呈單峰形特征，峰值出現在7月（8.5 d/月），占雷暴日總數的29.3%，其次為8月（7.3 d/月）和6月（6.5 d/月），依次為9月（2.9 d/月）、5月（2.5 d/月），其余月份平均雷暴日數均少于1 d/月，其中每年12月至翌年2月無雷暴活動發生。由此可見，一年四季中雷暴主要集中在夏季（6—8 月），春季和秋季偶有雷暴發生，冬季一般無雷暴發生。這是因為夏季受東南季風的影響，水汽充沛，結合動力、熱力作用，容易引發局地性強對流天氣，導致夏季雷暴多發。

2.1.4 雷暴初日與終日的演變

包頭市最早出現雷暴初日為3月30日的土右旗、市區及希拉穆仁。最遲終日出現在10月27日的市區、土右旗、固陽縣。36年里各地雷暴初日大多發生在3月底4月初，雷暴終日多發生在10月下旬。各地雷暴終日基本遵循隨著緯度的增加（即越往北）雷暴結束得越早。

2.2 地閃頻次的變化特征

2.2.1 地閃的空間分布特征

2014—2020年達茂旗閃電頻次出現最多（圖3），年平均閃電頻次為9 596，除2015年外其他年份閃電頻次均高于其他旗縣區。但尤其是2018年閃電頻次增幅顯著，其次為固陽縣。但年平均閃電頻次高不代表達茂旗閃電密度大，頻次高和達茂旗轄區面積大有關。

雷暴日是指某地區一年中有雷電放電的天數，一天中只要聽到1次以上的雷聲即1個雷暴日，閃電密度是指單位面積發生閃電的次數，兩者都是表征不同地區雷電活動的頻繁程度[7]。表1統計的是縣（區）為單位的雷暴日數和閃電密度，其中達茂旗雷暴日數是選取希拉穆仁、滿都拉、達茂旗3站年雷暴日數的平均值。由表1可知，包頭市各旗縣區雷暴日數和閃電密度分布基本相同但不包括市區，地閃密度最大值約為最小值的3倍。土右旗、固陽縣的雷暴日數最多，市區、土右旗、固陽縣是雷電活動最密集的區域，閃電密度高，地閃密度均大于1次/km2。

2.2.2 地閃頻次的年變化特征

2014—2020年閃電定位儀監測到包頭市總地閃次數呈現先降后升再降的趨勢，即“雙峰雙谷”的特征，負地閃變化趨勢與總地閃一致。2014年全市觀測到的地閃次數最多，2019年觀測到的地閃次數最少。年平均負地閃所占比例為92.46%，平均電流強度為-24.15 kA（表2），正地閃所占比例為7.54%，平均電流強度為51.28 kA，正地閃的電流強度明顯大于負地閃，為負地閃的2倍多。正地閃強度大，危害也大，正地閃的比例越高，形成雷電災害的概率越大，需加強雷電防護[8]。

2.2.3 地閃頻次的月變化特征

2014—2020年包頭市地閃頻次月分布如圖4所示，包頭市的地閃活動主要發生在6—9月，約占全年地閃總次數的97.9%，其中7月地閃頻次最高，約占全年地閃總次數的35.8%。

2.2.4 地閃頻次的日變化特征

包頭市的閃電活動呈現出“單峰單谷”的特征（圖5），閃電活動主要集中在15：00～19：00，其中15：00～16：00的閃電活動頻次最高，占全天的8.3%。

3 結論

（1）包頭市年平均雷暴日數為28.9 d，該市各地年平均雷暴日數最多的希拉穆仁為34.4 d，最少的滿都拉為24.6 d。由此可見，包頭市雷暴日數分布特征差異較大，且呈現東南多、西北少的地域分布特征。

（2）包頭市月平均雷暴日數的變化趨勢為3—7月雷暴日數逐漸增加，7月后雷暴日數逐漸減少，各月平均雷暴日數呈單峰形特征。一年四季中雷暴主要集中在夏季，春季和秋季雷暴發生較少，冬季一般無雷暴發生。

（3）包頭市雷暴日數年際間相差較大，近36年雷暴日數的平均值為28.9 d，且雷暴日數總體呈波動減少趨勢，其氣候傾向率為2.71 d/10年，即每10年雷暴日數減少2.71 d。

（4）2014—2020年，包頭市各旗縣區雷暴日數和閃電密度分布基本相同但不包括市區，地閃密度最大值約是最小值的3倍。雷暴日數最多的是土右旗、固陽縣，而閃電密度最高的是市區、土右旗、固陽縣，地閃密度均＞1次/km2。

參考文獻

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[2] 黃芳.近60年南寧市雷暴日數特征分析[J].氣象研究與應用，2011，32（S2）：222-224.

[3] 韓經緯，王海梅，烏蘭，等.內蒙古雷暴、冰雹災害的評估分析與防御對策研究[J].干旱區資源與環境，2009，23（7）：31 -38.

[4] 劉曉東，張其林，馮旭宇，等.內蒙古地區雷暴活動特征分析[J].自然災害學報，2010，19（2）：119-124.

[5] 馮旭宇，薛勝軍，巴特爾，等.高緯高原雷暴氣候特征及變化規律[J].干旱區資源與環境，2011，25（6）：176-181.

[6] 施能，魯建軍，朱乾根.東亞冬、夏季風百年強度指數及其氣候變化[J].南京氣象學院學報，1996（2）：168-177.

[7] 陳小塵，魏慶，張偉.雷電活動的時空分布特征分析[J].電子技術，2022，51（6）：246-247.

[8] 趙子明，王衛紅.巴彥淖爾市雷電活動特征分析[J].內蒙古氣象，2023（2）：44-48.