2019年興安盟閃電活動時空分布特征

李思然 高宇

摘要 利用ADTD閃電定位系統(tǒng)監(jiān)測的云地閃資料和氣象臺站記錄的雷電日資料，對2019年興安盟閃電活動的時空分布特征進行了分析：結果表明：2019年云地閃以負閃為主，占78.6%;閃電活動主要集中在6—8月，閃電次數(shù)占全年總閃電次數(shù)的93.9%，7月閃電次數(shù)和閃電日數(shù)均最高;閃電次數(shù)呈現(xiàn)明顯的日變化，在每日15∶00～16∶00閃電出現(xiàn)次數(shù)最多;閃電密度的高值區(qū)在突泉縣西北部和科右中旗西北部，次高值區(qū)位于興安盟西北部呈東北—西南向帶狀分布;正閃強度空間分布差異較小，無明顯強度中心，負閃強度高值區(qū)在扎賚特旗南部。

關鍵詞 雷電日數(shù);閃電密度;閃電強度

中圖分類號：P427.3 文獻標識碼：A 文章編號：2095–3305（2020）07–0–02

DOI：10.19383/j.cnki.nyzhyj.2020.07.020

Analysis of Temporal and Spatial Distribution Characteristics of Lightning Activities in Hinggan League in 2019

LI Si-ran et al （Inner Mongolia Xingan League Meteorological Observatory， Ulanhot， Inner Mongolia 137400）

Abstract Using the flash data monitored by the ADTD lightning positioning system and the lightning days data recorded by meteorological stations， the temporal and spatial distribution characteristics of lightning activities in the Hinggan League in 2019 were analyzed： the results showed that the lightning activity is mainly negative lightning， which accounts for 78.6%;lightning activities are mainly focus on between June and August， the number of lightning times accounted for 93.9% throughout the year， the number of lightning times and the number of lightning days are the highest in July; the number of lightning shows obvious daily changes， the high-incidence period of lightning activities focus on between 15 o‘clock and 16 oclock in a day， and occurs most from 12 o‘clock to 20 o‘clock， accounting for 77.4%; the high value areas of lightning density are in the northwest of Tuquan County and the northwest of Keyouzhong Banner， the second high value area is located in the northwestern part of Hinggan League， and it is distributed in a northeast-southwest direction; the spatial distribution of positive flashes has little difference in intensity， and there is no obvious intensity center. The high value area of negative flashes is in the south of Zhalaite Banner.

Key words Lightning days; Lightning density; Lightning intensity

雷電是在雷暴天氣條件下發(fā)生的伴有閃電和雷鳴的一種雄偉壯觀而又令人生畏的放電現(xiàn)象。雷電產(chǎn)生的高溫、猛烈的沖擊波以及強烈的電磁輻射等物理效應，使其能在瞬間產(chǎn)生巨大的破壞作用，常常會造成人員傷亡，擊毀建筑物，引起森林火災，造成油田等燃燒甚至爆炸，危害人民財產(chǎn)和人身安全。雷電災害已被聯(lián)合國有關部門列為最嚴重的十種自然災害之一。傳統(tǒng)的雷電記錄以測站人工觀測記錄為主，隨著對雷電研究的深入，遙感、遙測等技術的發(fā)展，目前實時閃電定位系統(tǒng)已經(jīng)完全取代人工觀測，成為目前雷電監(jiān)測的主要手段。對全國不同區(qū)域而言，目前主要有ADTD（地閃）、VLF/LF（全閃包括云閃和地閃）兩套閃電定位系統(tǒng)，提供的閃電定位資料是目前開展雷電預警、雷電災害評估的主要依據(jù)。許多氣象學者對基于ADTD閃電定位數(shù)據(jù)與目測雷暴日之間的關系已經(jīng)進行了深入的研究，研究結果表明：在臺站周圍15～20 km范圍內(nèi)人工觀測雷暴日數(shù)據(jù)和ADTA閃電定位系統(tǒng)，得到的閃電日數(shù)據(jù)相關性最高，兩者總體的一致性是可以認可的。以ADTD閃電定位系統(tǒng)監(jiān)測的日地閃數(shù)據(jù)為基礎，分析了2019年興安盟閃電分布特征。

1 資料及方法

采用2019年ADTD閃電定位監(jiān)測到的逐日地閃數(shù)據(jù)（范圍119°E～124°E，44°N～48°N）和1964—2013年人工觀測的雷暴日數(shù)據(jù)，分析了2019年閃電的分布特征和8個人工觀測站雷電日特征。傳統(tǒng)雷暴日的計算方法是只要該地區(qū)某一天（當日20∶00～次日20∶00）中至少發(fā)生了1次雷暴則記錄為該地區(qū)1個雷暴日，而從諸多學者的研究可知，以此種方法計算的雷暴日數(shù)明顯少于由閃電定位儀監(jiān)測到的雷電日數(shù)，更多學者傾向于用雷電日代替雷暴日。對2014年以前的目測數(shù)據(jù)也采用此種統(tǒng)計方法，在1天中（當日20∶00～次日20∶00）只要觀測到閃電或雷暴則記為1個雷電日。2019年測站雷電日的統(tǒng)計方法則是按照測站周邊20 km半徑范圍是否出現(xiàn)閃電計算。年雷電日數(shù)是從1月1日—12月31日累計的雷電日數(shù)之和。

2 閃電時空分布特征

2.1 閃電總體特征

2019年興安盟閃電日數(shù)為109 d（指至少記錄到1個閃電的天數(shù)），最早出現(xiàn)在4月，最晚出現(xiàn)在11月。2019年共發(fā)生云地閃20 719次，其中負閃16 278次，占總閃電數(shù)的78.6%，正閃4 441次，占總閃電數(shù)的21.4%，正負閃電出現(xiàn)次數(shù)比例的為1∶3.6，絕大多數(shù)為負閃，這主要與對流云中電荷的分布有關，負電荷主要分布在對流云的下部，正電荷主要分布在對流云的上部，因此，云的主體部分和地面之間的放電大多數(shù)為負閃。正、負閃及總閃的平均電流強度分別為63.27 kA、36.39 kA、42.16 kA，正閃的平均強度高于負閃，此觀測結果與何暉等[1]的研究結果一致。

2.2 閃電月變化特征

2019年閃電月變化呈明顯的單峰型，4—7月閃電次數(shù)和閃電日數(shù)逐漸增加;8—11月閃電次數(shù)和閃電日數(shù)逐漸減少;6—8月是閃電發(fā)生的高峰期，閃電次數(shù)占全年總閃電次數(shù)的93.9%，月均閃電次數(shù)6 482次，閃電日數(shù)占全年總閃電日數(shù)的73.3%，月均閃電日數(shù)26.6 d;7月閃電次數(shù)和閃電日數(shù)均最高，幾乎每天都出現(xiàn)閃電。正閃次數(shù)的變化趨勢與總閃次數(shù)變化趨勢一致，同樣集中在6—8月，月平均正閃比例在20%左右，接近于年平均正閃比例，但低于其他月份的正閃比例，其可能原因是春秋季的雷暴通常發(fā)生在較強的風切變下，對流云中的偶極電荷分布發(fā)生傾斜，上部的正電荷更易對地產(chǎn)生放電。

2.3 閃電日變化特征

統(tǒng)計2019年閃電的日變化特征，可以用逐時正負閃電次數(shù)和正負閃占總閃電次數(shù)的比例來表示（圖1）。2019年閃電的發(fā)生呈現(xiàn)明顯的日變化，總閃次數(shù)、正閃次數(shù)和負閃次數(shù)變化趨勢一致，均呈單峰型，峰值均出現(xiàn)在午后15∶00，每日12∶00～20∶00是閃電的多發(fā)時段，平均每小時閃電次數(shù)2 000次，占每日總閃電數(shù)的77.4%。21∶00～00∶00閃電幾乎沒有閃電發(fā)生，01∶00～11∶00閃電次數(shù)變化較為平緩（圖1）。這與興安盟地區(qū)午后到傍晚多雷雨天氣的氣候特征一致，因此每日的12∶00～20∶00也是雷電天氣監(jiān)測和預警的關鍵時段。

從正負閃次數(shù)占總閃電次數(shù)的比例看，雖然兩者出現(xiàn)次數(shù)的變化趨勢一致，但變化比例差異顯著。正閃次數(shù)的日變化較負閃顯著，在傍晚前后正閃比例最高，負閃比例最低，凌晨到上午，基本以負閃為主。由閃電極性的日變化可知，午后隨著正閃頻次的增多，閃電強度逐漸增強。

2.4 閃電空間分布

2.4.1 雷電日特征 1964—2013年50年平均的雷電日數(shù)自南向北逐漸增加，8個觀測站中胡爾勒雷電日數(shù)最高為37.9 d，高力板最少，為25.6 d（圖2a）。各站之間差異顯著，除了地形和天氣系統(tǒng)的影響外，觀測員的主觀判斷對觀測記錄也有很大影響[2-4]。2019年雷電日數(shù)最多為胡爾勒（38 d），最少為烏蘭浩特（28 d），雷電日數(shù)分布自西向東逐漸減少，音德爾和烏蘭浩特明顯少于其他觀測站，與50年平均的雷電日相比，音德爾明顯少于歷史平均，而南部的3個觀測站明顯高于歷史平均，表明不同地區(qū)雷電分布的年變化顯著（圖2b）。

2.4.2 閃電密度特征 應用ArcMap軟件，按照2 km×2 km網(wǎng)格，利用核密度分析函數(shù)計算了2019年興安盟地區(qū)閃電密度（每km2的閃電次數(shù)）。2019年閃電密度為0.21～1.85次/km2，閃電密度平均值為0.39次/km2，大部地區(qū)閃電密度在0.8次/km2以下，閃電高密度中心位于突泉縣西北部和科右中旗西北部，閃電密度超過1.5次/km2，次高密度區(qū)呈帶狀，自扎賚特旗西北部到科右前旗西北部呈東北—西南向分布。從閃電的分布可知，閃電密度與地形關系密切，在大興安嶺山脈附近閃電密度明顯高于其他地區(qū)，在山脈向平原過渡的東部地區(qū)，閃電密度明顯減少[5]。對比通過雷電日數(shù)和閃電密度計算的雷電分布特征存在明顯差異，并不呈現(xiàn)簡單的線性關系，單純利用雷電日數(shù)來確定雷電的分布特征并不客觀，對于雷電的預警和災害評估而言，閃電密度分布無疑比雷電日數(shù)分布更能客觀地反映地面遭受雷擊的情況，因此，對于興安盟雷電災害的風險區(qū)劃可將閃電密度作為重要參數(shù)。

2.5 閃電強度特征

在閃電發(fā)生的主要時段，各月的正閃強度均明顯高于負閃，正閃強度隨著時間逐漸減弱，各月均值均在60 kA以上，負閃強度隨時間的變化不明顯，各月均值在40 kA左右。利用反距離權重差值方法繪制了正閃和負閃電流強度的空間分布。大部地區(qū)正閃電流強度在50～100 kA，無明顯的正閃中心。大部地區(qū)負閃電流強度在50 kA以下，高值中心在扎賚特旗南部。

3 結論

通過對2019年閃電資料的統(tǒng)計分析，得出2019年興安盟地區(qū)閃電的主要特征如下：（1）閃電活動集中在6—8月，閃電發(fā)生次數(shù)占全年總閃電次數(shù)的93.9%。閃電主要發(fā)生在每天的12∶00～20∶00，占每日總閃電次數(shù)的77.4%，該時段是開展雷電監(jiān)測和雷電防護的重要時段。（2）2019年平均閃電密度為0.39次/km2，高密度中心位于突泉縣西北部和科右中旗西北部，次高密度區(qū)自扎賚特旗西北部到科右前旗西北部呈東北—西南向帶狀分布。各觀測站的雷電日數(shù)以胡爾勒最多，烏蘭浩特最少。（3）在閃電發(fā)生的主要時段，各月正閃強度在60～70 kA，負閃強度在35～40 kA，正閃強度隨時間逐漸減弱，負閃強度各月之間變化不明顯。（4）正閃強度空間分布差異較小，無明顯強度中心，負閃強度高值區(qū)在扎賚特旗南部。

參考文獻

[1] 何暉，李宏宇.北京地區(qū)閃電特征初探[J].氣象科技，2005，33（6）：496–500.

[2] 丁旻，吳安坤，劉蕓.兩種閃電定位資料的對比分析[J].科學技術與工程，2019，19（27）：47–54.

[3] 鐘穎穎，馮民學，周曾奎，等.閃電定位資料與目測雷暴日的對比分析[J].氣象科學，2010，30（6）：851–855.

[4] 李慶君，李艷娜，張銳.2007—2011年內(nèi)蒙古雷電災害特征分析[J].內(nèi)蒙古氣象，2013（2）：39–41.

[5] 霍沛東，馬海鵬，李京校，等.北京市閃電定位數(shù)據(jù)與人工觀測雷暴日關系研究[J].中國農(nóng)學通報，2018，34（20）：118–125.

責任編輯：黃艷飛