万盛地闪活动规律与雷电灾害风险区域研究

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　　摘 要：本文利用万盛2009—2018年地闪定位监测资料，统计分析了万盛地闪活动的逐年、逐月、逐日活动特性，结果表明：万盛年地闪特征以负地闪为主，地闪总体数量呈上升趋势，负地闪与总地闪百分率呈正相关关系;地闪月活动规律呈现明显的季节性变化，夏季（6、7、8月）是闪电多发月份，1、2、10、11、12月份为地闪低发月份;地闪日变化规律呈单峰型，属于白天主导，峰值时段集中在15∶00—19∶00，谷值时段集中在7∶00—13∶00;地闪平均强度为28.66kA，地闪强度主要集中在20～60kA间隔段，地闪强度主要分布在10～100kA之间，正负地闪的分布曲线大致相同，地闪以20kA和180kA为界限。利用ArcGIS软件做出万盛年平均地闪密度图、年平均地闪强度图，采用自然断点法，将万盛雷电灾害易发区域划分为高易发区域、中高易发区域和低高易发区域3个等级，并指出雷电易发等级的分布区域。
　　关键词：地闪;规律;雷电;风險区域
　　中图分类号：S16       文献标识码：A
　　DOI：10.19754/j.nyyjs.20200330037
　　万盛地处四川盆地东南边缘与云贵高原衔接过渡山区，具有四川盆地亚热带湿润季风气候特点，年平均雷暴日41d，属于多雷暴地区。本文通过统计分析万盛近10a的闪电定位监测资料，对万盛的地闪活动规律和雷电灾害风险区域进行了分析研究，为今后万盛的防雷减灾工作、雷电预警预报服务、雷电易发区划提供一定的参考依据和理论数据。
　　1 资料来源和分析方法
　　1.1 资料来源
　　本文使用万盛2009—2018年地闪定位监测资料。该资料来源于重庆市闪电监测网，该网由闪电定位仪、中心数据处理站、用户数据服务网络及图形显示终端组成，包括1个主站（沙坪坝），酉阳、城口、云阳、石柱4个子站，且与四川、陕西、湖北、贵州等邻近区域的雷电监测站点联网。其中每条闪电资料包含闪电发生的时间、经度、纬度、闪电强度、陡度、误差、定位方式、地理位置参数。
　　1.2 分析方法
　　采用统计方法，统计一天中00∶00—01∶00（标为0）、01∶00—02∶00（标为1）……23∶00—24∶00（标为23），逐小时统计地闪频数及正负地闪占总地闪的比值，得出闪电变化的时变化特征;逐月统计相同月份的地闪频数，得出总地闪月变化特征;在剔除超过200kA的雷电流后，按照10kA为间隔，把闪电强度≤200kA的闪电划分为20个等级，计算出各个等级内闪电占总闪电的比例。在空间上，采用0.01°×0.01°网格化万盛地图，通过ArcGIS软件作图分析万盛2009—2018年平均地闪密度及平均地闪强度图。采用自然断点法选取平均地闪密度分布图、平均地闪强度分布图、海拔高度、地形起伏、人口密度、GDP密度等因子计算雷电灾害风险易发指数，进行分类处理，得出万盛雷电灾害易发区域图。
　　2  地闪活动特征
　　2.1 地闪逐年分布规律
　　表1为万盛2009—2018年地闪数量及负地闪占总地闪百分率统计数据表。从表1中可以看出，万盛10a间共发生18994次地闪，年平均地闪次数为1899.4次。其中正地闪398次，年平均39.8次，占地闪总数的2.1%;负地闪18596次，年平均1859.6次，占地闪总数的97.9%，结果表明万盛地闪特征以负地闪为主。
　　通过分析10a间的负地闪占总地闪的百分比，可以看出该数据在2017年形成峰值，同年全年总地闪次数为5165次，排名第1位;2010年形成次峰值，同年全年总地闪次数为4431次，排名第2位;2015年形成谷值，同年全年总地闪次数为640次，排名第10位;2014年形成次谷值，同年全年总地闪次数为752次，排名第9位。结果表明，万盛年地闪数量越多，则负地闪占总地闪百分比越大，两者呈正相关关系。
　　
　　图1为万盛2009—2018年地闪变化规律图。从图1可以看出，万盛年地闪数量最大值出现在2017年，为5196次;最小值出现在2015年，为694次。利用移动平均法分析，可以看出万盛年地闪数量年变化规律呈u型分布，在2009—2012年地闪数量总体呈明显下降趋势;2012—2016年间略微浮动，总体呈平衡状态;2016—2018年间，总体呈明显上升趋势。通过线性趋势分析万盛年地闪数量年变化规律，可以看出万盛年地闪数量总体呈缓慢上升趋势。
　　2.2 地闪逐月分布规律
　　图2为万盛地闪逐月规律分布图，通过统计万盛2009—2018年相同月份地闪数量占总地闪数量的百分率，结果表明万盛雷电活动规律呈现明显的季节性变化。夏季（6、7、8月）是闪电多发月份，这3个月的地闪占全部地闪的86%左右，地闪发生的峰值出现在8月份，占全年地闪的54%左右，8月过后则快速递减。1、2、10、11、12月份为地闪低发月份，这5个月的地闪占全年地闪的1%左右，特别是1、12月，几乎没有闪电发生。
　　造成这种月分布原因是从3月份开始，温度逐渐提升，热力不稳定条件逐渐增强，对流性天气增多，雷暴发生的次数逐月增加，特别是7、8月份，正值汛期，水汽增多，有利于对流天气形成，所以7、8月份很容易出现雷暴。9月份以后，温度下降，热力不稳定条件减弱，对流性天气很少发生，雷暴发生的次数开始回落，大气层结相对较稳定，因此冬季雷暴发生次数较少。
　　2.3 地闪的日变化规律
　　图3为地闪逐时分布规律图。通过统计万盛2009—2018年每天中每个小时地闪数量占总地闪数的百分率，可以看出万盛雷电活动日变化呈单峰型，属于白天主导，高峰值时段集中在15∶00—19∶00，占全天总数的65%左右，其中18时达到峰值。表明1d当中对流天气集中发生在15∶00—19∶00，这也是做好雷电监测、预警的关键时期;低值区集中在7∶00—13∶00，占全天总数的3.34%左右，最小值出现在11∶00。表明万盛1d当中闪电活动最弱的阶段发生在7∶00—13∶00，地闪发生平稳且较少。 　　
　　2.4 地闪的强度特征
　　图4为地闪强度分布特征图。可以看出正地闪和负地闪变化趋势较大，正地闪的波形变化较负地闪的波形变化缓慢，地闪平均强度为28.66kA，其中，正地闪的平均强度33.94kA，负地闪的平均强度23.38kA。地闪强度主要集中在20～60kA间隔段，占地闪总数的80.83%左右，其中正负地闪数量分别占正负地闪总数60.67%和81.24%。地闪的峰值出现在30～40kA间隔段，占地闪总数的30.34%左右，正负地闪数量分别占正负地闪总数的18.41%和29.97%。10～100kA间隔段内地闪的数量占总正地闪数量的97.32%，其中正负地闪数量分别占正负地闪总数87.45%和97.35%，说明地闪强度主要分布在10～100kA之间。
　　
　　图5为地闪强度累计百分率分布图。可以看出正负地闪的分布曲线大致相同，地闪强度以20kA和180kA为界限，在强度在≤20kA和>180kA之间时，正地闪的累计百分率高于负地闪，当地闪强度>20kA≤180kA之间时，负地闪的累计百分率高于正地闪。从地闪强度的分布来看，正地闪在强度≤110kA时，正地闪的累计百分率为92.05%，负地闪在强度≤70kA时，负地闪的累计百分率为92.92%，说明正地闪分布较为分散，没有负地闪集中。
　　
　　2.5 地闪强度空间分布特征
　　图6是万盛地闪强度分布图。从图中可以看到，地闪强度的分布比较均匀，不存在明显的地域性，大部分地区强度都在26～55kA之间，但也有大强度地闪分布其中。
　　
　　图7是万盛地闪密度分布图。从图中可以看出，万盛年平均地闪密度3.51次/km，密度较高的区域集中在金桥镇中部及西部、丛林镇中部及南部、万东镇南部、黑山镇中部及南部、南桐镇中部及南部、青年镇中部及西部、关坝镇西部、石林镇中部及西部，地闪密度超过了6次/km2;4个极值中心分布在万东镇南部、南桐镇南部、青年镇中部、青年镇西部，地闪密度超过了11次/km2;万盛街道、东林街道地闪密度较小，地闪密度<3次/km2。出现这种差异，可能与万盛的地形地貌有关，万盛属四川盆地东南边缘与云贵高原衔接过渡山区，地势东高西低，山脉南北伸展，水库，河流众多，水源充足，为对流活动提供了充足的水汽。
　　2.6 雷电灾害易发区域分析
　　图8是万盛雷电灾害易发分布图。万盛经开区雷电灾害易发区域主要选取地闪密度分布图、地闪强度分布图、海拔高度、地形起伏、人口密度、GDP密度等因子计算雷电灾害风险易发指数，采用自然断点法进行分类处理，把万盛雷电灾害易发区域划分为高易发区域、中高易发区域和低高易发区域。高易发区域主要分布在万盛街道、东林街道、万东镇、金桥镇西部、丛林镇中部、黑山镇中部、南桐镇南部、青年镇中部及西部、关坝镇北部等地;中易发区域主要分布在关坝镇中部、南桐中部、石林北部、黑山西部等地;低易发区域主要分布在丛林镇东部、石林镇南部、关坝镇南部、黑山镇中东部。
　　
　　3 结论
　　万盛地闪特征以负地闪为主，占全年地闪总数的97.9%，地闪数量越多，则负地闪占总地闪百分比越大，两者呈正相关关系;通过线性趋势分析万盛年地闪数量年变化规律，可以看出万盛年地闪数量总体呈上升趋势。
　　万盛地闪月变化规律呈现明显的季节性变化。夏季（6、7、8月）是闪电多发月份，这3个月的地闪占全部地闪的86%左右，地闪发生的峰值出现在8月份，占全年地闪的54%左右;1、2、10、11、12月份为地闪低发月份，这5个月的地闪占全年地闪的1%左右，特别是1、12月，几乎没有闪电发生。
　　万盛地闪日变化呈单峰型，属于白天主导，高峰值时段集中在15∶00—19∶00，占全天总数的65%左右，其中18∶00达到峰值;低值区集中在7∶00—13∶00，占全天总数的3.34%左右，最小值出现在11∶00。
　　万盛正地闪和负地闪变化趋势较大，正地闪的波形变化较负地闪的波形变化缓慢，地闪平均强度为28.66kA，地闪强度主要集中在20～60kA间隔段，地闪强度主要分布在10～100kA之间，正负地闪的分布曲线大致相同，地闪以20kA和180kA为界限。
　　万盛地闪强度的分布比较均匀，不存在明显的地域性，大部分地区强度都在26～55kA之间，年平均地闪密度3.51次/km2;4个极值中心分布在万东镇南部、南桐镇南部、青年镇中部、青年镇西部，地闪密度超过了11次/km。
　　万盛雷电灾害高易发区域主要分布在万盛街道、东林街道、万东镇、金桥镇西部、丛林镇中部、黑山镇中部、南桐镇南部、青年镇中部及西部、关坝镇北部等地;中易发区域主要分布在关坝镇中部、南桐中部、石林北部、黑山西部等地;低易发区域主要分布在丛林镇东部、石林镇南部、关坝镇南部、黑山镇中东部。
　　参考文献
　　[1] 吕阳，赵居双，徐全仓.2011—2012年陕西省地闪时空分布特性分析[J].产业与科技论坛，2015，14（10）：85-87.
　　[2]丁旻，李强，吴安坤.贵州地区地闪的分布特征及防护效率分析[J].防灾科技学院学报，2013，15（01）：11-16.
　　[3]田芳.连云港和盐城地区地闪活动规律对比分析[C].中國气象学会.S13第十届防雷减灾论坛——雷电灾害与风险评估.北京：中国气象学会，2012：779-790.
　　（责任编辑 周康）
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