林念萍 吳榮軍 華立新 王 輝 楊 春

(1.南京信息工程大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇南京210044;2.蒼南縣氣象局，浙江蒼南325800;3.額爾古納市氣象局，內(nèi)蒙古 額爾古納022250;4.溫州市氣象局，浙江 溫州325027)

0 引言

閃電是一種復(fù)雜的大氣物理現(xiàn)象，是由帶電荷的云層內(nèi)部、云層與云層之間或者云層與大地(云地)之間一種長(zhǎng)距離瞬間放電現(xiàn)象，具有大電流、高電壓、強(qiáng)電磁輻射、隨機(jī)分散性、突發(fā)性、破壞性、瞬時(shí)性、三維性等特征［4］。近年來(lái)隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平在不斷提高，受多種因素的影響，閃電造成的破壞日趨嚴(yán)重。據(jù)統(tǒng)計(jì)全世界平均每分鐘發(fā)生雷電2000次，全球每年因雷擊造成的人員傷亡超過(guò)1萬(wàn)人，所導(dǎo)致的爆炸、火災(zāi)、電力線路故障、通信中斷等事故時(shí)有發(fā)生。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)閃電監(jiān)測(cè)資料分析及雷災(zāi)分布特征的研究很多。如郭虎等［1］對(duì)北京市自然雷電與雷電災(zāi)害的時(shí)空分析特征進(jìn)行分析;劉垚等［2］對(duì)杭州市雷電活動(dòng)特征及雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃進(jìn)行了研究;李霞等［3］對(duì)蘇州地區(qū)雷電分布規(guī)律及對(duì)農(nóng)村安全的影響進(jìn)行了分析。在國(guó)內(nèi)研究的區(qū)域范圍基本限于國(guó)家、省、市3級(jí)，針對(duì)縣(鄉(xiāng)鎮(zhèn))一級(jí)的并不多見(jiàn)。縣(鄉(xiāng)鎮(zhèn))一級(jí)閃電及災(zāi)害活動(dòng)規(guī)律的精細(xì)化研究是當(dāng)前農(nóng)村防雷減災(zāi)迫切需要解決的課題之一。

蒼南縣平原占1/3，山區(qū)、半山區(qū)占2/3。其中平原地區(qū)河道密布，地理環(huán)境特殊復(fù)雜，屬閃電災(zāi)害高發(fā)地區(qū)。雷擊造成人員傷亡、建筑物受損、輸變電線路、通信線路故障以及電氣、電子信息系統(tǒng)設(shè)備受損的事故頻發(fā)，給人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成極大的威脅，如何將閃電災(zāi)害損失減少到最低是當(dāng)前各級(jí)政府迫切需要解決的問(wèn)題。通過(guò)對(duì)蒼南縣閃電監(jiān)測(cè)資料分析及雷災(zāi)分布特征進(jìn)行研究，進(jìn)一步了解到蒼南縣行政區(qū)域內(nèi)閃電及災(zāi)害的活動(dòng)規(guī)律和分布特征，從而為編制蒼南縣閃電災(zāi)害防御規(guī)劃、閃電監(jiān)測(cè)預(yù)警、雷擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、防雷裝置設(shè)計(jì)提供科學(xué)的依據(jù)，對(duì)蒼南縣科學(xué)、有效地防御和減少閃電災(zāi)害發(fā)生具有現(xiàn)實(shí)的指導(dǎo)意義。

1 資料來(lái)源與區(qū)域概況

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

研究中所使用的數(shù)據(jù)主要包括:浙江省閃電監(jiān)測(cè)網(wǎng)的2007—2011年蒼南縣閃電監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù);1996—2011年(未包括1997，2001—2003年雷災(zāi)資料)溫州市雷災(zāi)統(tǒng)計(jì)資料。

1.2 區(qū)域概況

蒼南位于浙江省東南隅，東與東南瀕臨東海，西南毗連福建省福鼎縣，西鄰泰順縣，北與平陽(yáng)、文成兩縣接壤。陸地界于 E120°07'～121°07'，N27°06'～ 27°36'。領(lǐng)海位于 N27°00'～27°32'48″，E121°07'向東至水深 200 m 等深線以?xún)?nèi)。陸地總面積為1261.08 km2，海岸線長(zhǎng)168.88 km，全縣灘涂面積約1萬(wàn) hm2(圖1)。屬中亞熱帶海洋性季風(fēng)區(qū)氣候，溫暖濕潤(rùn)，雨水充沛，夏無(wú)酷熱，冬無(wú)嚴(yán)寒。由于地形復(fù)雜，又受臺(tái)風(fēng)及季風(fēng)影響，山地、丘陵、平原之間小氣候區(qū)差距較大。特殊的地理位置和氣候使得蒼南縣成為浙江省氣象災(zāi)害多發(fā)和重發(fā)地區(qū)之一，災(zāi)害種類(lèi)多、頻率高、季節(jié)性強(qiáng)、危害大。近年來(lái)，隨著全球變暖和經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，極端天氣氣候事件增加，氣象災(zāi)害造成的損失有明顯上升趨勢(shì)，嚴(yán)重制約著蒼南縣地方經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展。

2 閃電監(jiān)測(cè)資料分析

2.1 地閃時(shí)間分布特征

2.1.1 地閃年際分布特征

圖1 蒼南縣衛(wèi)星地圖

分析2007—2011年各月閃電監(jiān)測(cè)資料如表1所示，分析發(fā)現(xiàn)蒼南縣累計(jì)總閃次數(shù)為15345次/a，平均總閃次數(shù)為3069次/a，累計(jì)正閃次數(shù)為1099次/a，平均正閃次數(shù)為220次/a，累計(jì)負(fù)閃次數(shù)為14246次/a，平均負(fù)閃次數(shù)為2849次/a，平均負(fù)閃占平均總閃的比例為92.8%，平均正閃占平均總閃的比例為7.2%，以負(fù)閃為主導(dǎo)。其中2011年為閃電高發(fā)年份，總閃次數(shù)為6794次/a，占全市總閃次數(shù)比例最高(45.6%)，2008年為閃電低發(fā)年份，總閃次數(shù)為1368次/a，占全市總閃次數(shù)比例最低(33%)。

表1 2007—2011年蒼南縣的地閃次數(shù) 次/a

2.1.2 地閃月分布特征

如圖2所示，蒼南縣每年閃電主要集中在5—9月份，其中以7，8月總閃次數(shù)最多，以閃電高發(fā)年份2011年為例，7，8月總閃次數(shù)分別占全年總閃次數(shù)的25.6%和51.8%，6—8月發(fā)生的總閃次數(shù)占了90.2%，因此這個(gè)季節(jié)是預(yù)防閃電災(zāi)害的重要季節(jié)。

2.1.3 地閃時(shí)段分布特征

圖2 蒼南縣2007—2011年各月地閃總次數(shù)

從圖3可以看出，最高時(shí)段除2009年14時(shí)的479次和2011年19時(shí)的1321次，其他年份最高時(shí)段均在15時(shí)。盡管每年發(fā)生的總閃次數(shù)不同，總體上高發(fā)時(shí)段除2010，2011年分布有所不同，分別在13—18時(shí)和18—21時(shí)、13—16時(shí)和16—21時(shí)兩個(gè)時(shí)間段同時(shí)呈雙峰型分布外，其余年份基本一致，主要集中在13—17時(shí)，呈單峰狀分布。這主要與午后出現(xiàn)強(qiáng)對(duì)流天氣關(guān)系極為密切，因此午后傍晚出行應(yīng)注意預(yù)防閃電災(zāi)害發(fā)生意外。

2.2 地閃空間分布特征

圖4 蒼南縣2007—2011年閃電平均密度分布圖

圖3 蒼南縣2007—2011年各時(shí)段總閃次數(shù)日變化

圖4 給出了蒼南縣2007—2011年閃電平均密度分布圖，閃電密度存在明顯的地域差異，地閃平均密度如表2所示，由表2可見(jiàn)閃電的密度分布與地形有著很大的關(guān)系，山區(qū)閃電密度較高，平原沿海地區(qū)閃電密度分布較低，主要集中在西北地區(qū)，整體呈現(xiàn)“北多南少，西密東疏”的空間分布特征。

表2 2007—2011年蒼南縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)平均地閃密度次/(km2·a)

2.3 地閃強(qiáng)度分布特征

將2007—2011年各年總閃按各強(qiáng)度等級(jí)閃電次數(shù)所占當(dāng)年總閃次數(shù)的比例繪成曲線，如圖5所示，可以看出總閃各強(qiáng)度等級(jí)總體上在15～45 kA之間呈正態(tài)分布，但2010，2011年閃電強(qiáng)度等級(jí)主要集中在5～15 kA，其中2010，2011年5～10 kA的比例較高，分別為29.2%和20.9%，10～15 kA的比例居第二，分別為17.5%和15.6%。

圖6 給出的是正負(fù)閃取絕對(duì)值后的蒼南縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)最大強(qiáng)度值分布圖，可以看出2010，2011年閃電強(qiáng)度極值分布較為明顯，負(fù)地閃最大強(qiáng)度分別為811.65和797.88 kA，如此強(qiáng)度可能為遠(yuǎn)場(chǎng)折算值，存在一定的誤差，實(shí)際閃擊強(qiáng)度值有待科學(xué)監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)一步校驗(yàn)。2010年閃電強(qiáng)度高值區(qū)分別為礬山鎮(zhèn)、靈溪鎮(zhèn)、橋墩鎮(zhèn)，2011年分別為礬山鎮(zhèn)、靈溪鎮(zhèn)、藻溪鎮(zhèn)。其中靈溪鎮(zhèn)2007，2011年兩次出現(xiàn)全縣最大負(fù)地閃，強(qiáng)度分別為225.3 和 797.88 kA，橋墩鎮(zhèn) 2008，2010 年兩次出現(xiàn)全縣最大負(fù)地閃，強(qiáng)度分別為440.3和811.65 kA，龍港鎮(zhèn)在2009年出現(xiàn)全縣最大負(fù)地閃，強(qiáng)度為378.6 kA，從產(chǎn)生的閃電最大值上看均為負(fù)地閃，由此可見(jiàn)負(fù)地閃強(qiáng)度影響遠(yuǎn)大于正地閃。

圖6 蒼南縣2007—2011年各鄉(xiāng)鎮(zhèn)地閃強(qiáng)度最大值分布圖

3 雷災(zāi)分布特征

根據(jù)2006—2011(未包括1997，2001—2003年雷災(zāi)資料)年蒼南縣閃電災(zāi)害統(tǒng)計(jì)資料顯示，蒼南縣閃電災(zāi)害在時(shí)間上分布較為集中。在全縣27次閃電災(zāi)害中，25次發(fā)生在5—9月，傷亡人數(shù)8人，死亡3人，在時(shí)段的分布上主要集中在13—20時(shí)，閃電災(zāi)害的事故主要集中在雷電電磁脈沖(LEMP)對(duì)電力電子和通信設(shè)備造成的破壞，直擊雷造成房子受損的情況較少，這也反映了電氣和電子系統(tǒng)時(shí)代閃電災(zāi)害的新特點(diǎn)。閃電造成人身傷亡的事故占有一定的比例，這與蒼南縣的農(nóng)村人口分布比例以及農(nóng)村防雷意識(shí)淡薄和措施不到位有一定的關(guān)系。蒼南縣閃電災(zāi)害在鄉(xiāng)鎮(zhèn)的分布主要集中在中北部，統(tǒng)計(jì)受災(zāi)前3名的分別是龍港鎮(zhèn)7次、礬山鎮(zhèn)6次、靈溪鎮(zhèn)5次，平原沿海鄉(xiāng)鎮(zhèn)受災(zāi)情況較輕，這與閃電密度分布圖基本一致。圖7給出了蒼南縣1996—2011年的雷電災(zāi)害頻度分布特征?？梢钥闯鳊埜坻?zhèn)是蒼南縣統(tǒng)計(jì)閃電災(zāi)害最嚴(yán)重的地區(qū)，全縣閃電災(zāi)害主要發(fā)生鄉(xiāng)鎮(zhèn)分布與閃電密度分布特征基本對(duì)應(yīng)。

圖7 蒼南縣閃電災(zāi)害頻次鄉(xiāng)鎮(zhèn)分布圖

4 結(jié)語(yǔ)

1)蒼南縣閃電時(shí)間分布特征表現(xiàn)為每年閃電主要集中在5—9月份，其中以7，8月總閃次數(shù)最多，閃電的高發(fā)時(shí)段為13—17時(shí)呈單峰型分布，峰值時(shí)段為 14—15時(shí)，2010年以后在13—17時(shí)和17—21時(shí)兩個(gè)時(shí)段呈雙峰型分布。

2)空間分布特征表現(xiàn)為山區(qū)閃電密度較高，平原沿海地區(qū)閃電密度分布較低，主要集中在西北地區(qū)。其中靈溪鎮(zhèn)、橋墩鎮(zhèn)、藻溪鎮(zhèn)三鎮(zhèn)交界處的紅色區(qū)域范圍為閃電高發(fā)密集區(qū)，整體呈現(xiàn)“北多南少，西密東疏”的空間分布特征。

3)總閃各強(qiáng)度等級(jí)總體上在5～15 kA和15～45 kA之間呈正態(tài)分布。全縣5 a閃電監(jiān)測(cè)資料顯示，地閃中最大值均為負(fù)地閃，最高值為811.65 kA，因此負(fù)地閃的是閃電災(zāi)害預(yù)防的重點(diǎn)。

4)蒼南縣閃電災(zāi)害在時(shí)段上主要集中在13—20時(shí)，災(zāi)害類(lèi)型主要包括電力線路故障、電力電子設(shè)備、通信設(shè)備損壞和人身傷亡事故;閃電災(zāi)害的空間分布主要集中在中北部。由于閃電監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的年限不長(zhǎng)和閃電災(zāi)害的統(tǒng)計(jì)資料不完全，因此閃電數(shù)據(jù)分析還需要進(jìn)一步完善。

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