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近10年咸寧地閃回?fù)籼卣鞣治?/h1>
2021-11-23 09:33汪旭東王林
關(guān)鍵詞:縣市區(qū)咸寧雷電

汪旭東 王林

(咸寧氣象局,咸寧 437100)

0 引言

雷電是雷暴天氣中發(fā)生的一種長距離瞬時(shí)放電現(xiàn)象,可對電力、通信、交通運(yùn)輸、自動(dòng)控制等部門造成嚴(yán)重破壞或巨大損失,甚至對人民生命財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。雷電地閃回?fù)魠?shù)如地閃回?fù)舸螖?shù)、地閃回?fù)裘芏群偷亻W回?fù)魪?qiáng)度等是防雷工程設(shè)計(jì)、雷擊風(fēng)險(xiǎn)評估的重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。對于區(qū)域性雷電的時(shí)空分布特征,王欣眉等發(fā)現(xiàn)青島地區(qū)雷暴日數(shù)自東南向西北逐漸增多,季節(jié)性分布特征明顯,主要集中在7月和8月;吳清等發(fā)現(xiàn)海南省雷電在空間分布呈現(xiàn)出內(nèi)陸較沿海更為活躍的特點(diǎn);曾東好等發(fā)現(xiàn)廣東省梅州市有著午后至傍晚最多的雷電日變化特征。雷電的空間分布也與地形地貌、土壤電阻率、天氣氣候條件等諸多因素有關(guān)。王學(xué)良等對湖北山區(qū)和平原雷電參數(shù)進(jìn)行了對比分析,發(fā)現(xiàn)山區(qū)與丘陵、平原交界地帶是雷電多發(fā)地帶,鄂東南的嘉魚縣、咸安區(qū)為地閃回?fù)舾呙芏葏^(qū)。申元等分析了云南山地的雷電流幅值、地閃回?fù)裘芏鹊葏?shù)隨海拔高度的變化關(guān)系,發(fā)現(xiàn)該地區(qū)的負(fù)雷電流幅值總體變化趨勢是隨海拔高度的增加而增大,而地閃回?fù)舾呙芏鹊姆植寂c氣候、地形、地貌、地面大型水體和城市熱島效應(yīng)又有著密切的關(guān)系。

咸寧處于亞熱帶濕潤型大陸性季風(fēng)氣候帶,境內(nèi)山地、湖泊、河流呈南北向交錯(cuò)分布,受西風(fēng)帶和亞熱帶季風(fēng)環(huán)流的雙重影響,雷電災(zāi)害多發(fā)。本文利用湖北省閃電定位系統(tǒng)監(jiān)測平臺(tái),統(tǒng)計(jì)分析了咸寧地區(qū)近10年的雷電地閃回?fù)舸螖?shù)、密度和電流強(qiáng)度等參數(shù)時(shí)空分布特征,以期為鄂東南雷電防護(hù)措施設(shè)計(jì)提供技術(shù)參考。

1 資料來源及統(tǒng)計(jì)方法

采用湖北省ADTD閃電定位系統(tǒng)2007—2017年的地閃回?fù)糍Y料,剔除了地閃回?fù)魪?qiáng)度≤5.4 kA和大于等于500 kA的數(shù)據(jù)。分別統(tǒng)計(jì)分析咸寧包括市區(qū)、赤壁、嘉魚、崇陽、通山和通城等六個(gè)縣市區(qū)的年、季、月、日逐小時(shí)的地閃回?fù)舸螖?shù)、正負(fù)地閃回?fù)羲急壤?、各縣市地閃回?fù)裘芏?、總地閃回?fù)舸螖?shù)和各縣市總地閃回?fù)羝骄鶑?qiáng)度等雷電參數(shù)。

逐日統(tǒng)計(jì)每小時(shí)平均地閃回?fù)舸螖?shù);以3—5月、6—8月、9—11月和12月到次年2月,分別代表春、夏、秋、冬四個(gè)季節(jié)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

2 咸寧地閃回?fù)舸螖?shù)分析

2.1 年變化特征分析

2007—2017年雷電監(jiān)測資料表明,咸寧地區(qū)負(fù)地閃回?fù)羲急染?4%以上,地閃回?fù)舸螖?shù)差異較大(表1)。咸寧南部地區(qū)以山地地形為主的通山縣總地閃回?fù)舸螖?shù)最多,可達(dá)97613次,年平均地閃回?fù)舸螖?shù)有8873次,而相鄰的通城縣總地閃回?fù)舸螖?shù)最少,只有19052次,年平均地閃回?fù)舸螖?shù)為1732次,其他四個(gè)縣市區(qū)的總地閃回?fù)舸螖?shù)在37000~79000不等(圖1)。11年間,咸寧六個(gè)縣市區(qū)的年地閃回?fù)舸螖?shù)峰值出現(xiàn)在2010年,而2010年的年降水量和年均濕度均為11年中的最大值。可見降水條件越好,降水量越充沛,地閃回?fù)舭l(fā)生的概率就越大,地閃回?fù)舸螖?shù)也越多(圖2)。

表1 2007—2017年咸寧各縣市區(qū)地閃回?fù)舸螖?shù)統(tǒng)計(jì)表 Table 1 The number of return strokes of cloud-to-ground lightning in six counties and districts in Xianning in 2007—2017

圖1 2007—2017年咸寧各縣市發(fā)生的地閃回?fù)舸螖?shù)及地閃回?fù)裘芏菷ig. 1 The number and density of return strokes ofcloud-to-ground lightning in six counties and districts inXianning in 2007—2017

圖2 2007—2017年咸寧各縣市地閃回?fù)舸螖?shù)變化Fig. 2 Changes in the number of return strokes of cloud to-ground lightning in six counties and districts inXianning in 2007—2017

咸寧地區(qū)11年來平均地閃回?fù)裘芏葹?.3 8次/(km·a),北部平原的市區(qū)、赤壁市及嘉魚縣的年平均地閃回?fù)裘芏瘸^咸寧地區(qū)地閃回?fù)裘芏鹊哪昶骄?,市區(qū)的平均地閃回?fù)裘芏茸罡?,達(dá)到4.90次/(km·a);南部山區(qū)的崇陽縣、通山縣、通城縣年平均地閃回?fù)裘芏染∮谙虒幍貐^(qū)年平均值,通城縣的平均地閃回?fù)裘芏茸钚。挥?.53次/(km·a)。咸寧北部平原地區(qū)的地閃回?fù)裘芏让黠@高于南部山區(qū)的原因可能有三個(gè):一是咸寧南部山區(qū)位于湖北地區(qū)邊緣,其在80%~85%,低于北部(閃電理論探測效率90%);二是山區(qū)地質(zhì)狀況與平原不同,南部山區(qū)多巖石構(gòu)造,土壤電阻率較大,北部平原地區(qū)水田豐富,土壤電阻率小,更有利于云地間閃電的發(fā)生;三是與局地小氣候環(huán)境有關(guān)。

2.2 季變化特征

咸寧地區(qū)不同縣市季節(jié)性的總地閃回?fù)舸螖?shù)相差較大,均呈現(xiàn)明顯的季節(jié)變化。其中夏季總地閃回?fù)舸螖?shù)最多,六個(gè)縣市區(qū)夏季總地閃回?fù)舸螖?shù)均占全年總地閃回?fù)舸螖?shù)的66.98%以上,其中赤壁市夏季總地閃回?fù)舸螖?shù)的占比最高,達(dá)到73.72%。春季總地閃回?fù)舸螖?shù)的占比多于秋季,冬季最少。咸寧地區(qū)春夏季總地閃回?fù)舸螖?shù)占全年總地閃回?fù)舸螖?shù)的比率均在86.26%以上,赤壁市最高,可達(dá)91.36%。由此可見,春夏季是雷電多發(fā)季節(jié),也是雷電防護(hù)的關(guān)鍵季節(jié)。

2.3 月變化特征

圖3 是2007—2017年咸寧地區(qū)各縣市區(qū)總地閃回?fù)舸螖?shù)的月際變化。可以看出,咸寧地區(qū)各縣市區(qū)的月總地閃回?fù)舸螖?shù)變化峰值出現(xiàn)在8月。通山縣最多,8月達(dá)到35188次。一年中,咸寧地區(qū)各縣市區(qū)3—9月總地閃回?fù)舸螖?shù)均占全年的93.31%以上,屬雷電集中高發(fā)期,其中通城縣該時(shí)段的地閃回?fù)舸螖?shù)占比最多,可達(dá)98.18%。

圖3 2007—2017年咸寧各縣市雷電地閃回?fù)舸螖?shù)月際變化Fig. 3 Monthly Changes in the number of return strokes ofcloud-to-ground lightning in six counties and districts inXianning in 2007—2017

2.4 日變化特征

咸寧地區(qū)各縣市區(qū)總地閃回?fù)舸螖?shù)日變化顯示,最大值一般出現(xiàn)在13—18時(shí),最小值出現(xiàn)在08—12時(shí)(圖4)。即凌晨至上午氣溫較低時(shí)段,總地閃回?fù)舸螖?shù)較少,下午至傍晚氣溫相對較高,其總地閃回?fù)舸螖?shù)也相對較高。其中,通山、咸安、赤壁和崇陽四個(gè)地區(qū)的日總地閃回?fù)舸螖?shù)變化峰值較明顯,通山峰值出現(xiàn)在14時(shí),其他三個(gè)地區(qū)峰值出現(xiàn)在15—16時(shí)。通城和嘉魚縣兩個(gè)地區(qū)的日總地閃回?fù)舸螖?shù)變化較平緩,峰值出現(xiàn)在15—17時(shí)。下午至傍晚總地閃回?fù)舸螖?shù)較高,主要是受太陽輻射影響,地面溫度升高,從而較好的熱力條件有利于對流云的發(fā)展。而一般對流云是在午后開始發(fā)展,在傍晚時(shí)最為活躍。

圖4 2007—2017年咸寧各縣市雷電總地閃回?fù)舸螖?shù)日變化Fig. 4 Daily Changes in the number of return strokes ofcloud-to-ground lightning in six counties and districts inXianning in 2007—2017

3 地閃回?fù)魪?qiáng)度變化特征

2007—2017年咸寧地閃回?fù)羝骄娏鲝?qiáng)度約為33.47 kA,各縣市區(qū)各季度總地閃回?fù)羝骄鶑?qiáng)度呈現(xiàn)出明顯的南北差異。南部的通城、通山和崇陽縣三個(gè)地區(qū)的地閃回?fù)羝骄娏鲝?qiáng)度大于北部的赤壁、嘉魚和咸寧市區(qū)。其中,通城縣總地閃回?fù)羝骄娏鲝?qiáng)度最大,高達(dá)43.87 kA,咸寧市轄區(qū)的總地閃回?fù)羝骄娏鲝?qiáng)度最小,只有26.50 kA(圖5)。從季節(jié)上看,通城縣和咸寧市區(qū)的總地閃回?fù)魪?qiáng)度夏季最高,赤壁、通山和嘉魚三個(gè)地區(qū)的總地閃回?fù)綦娏鲝?qiáng)度春季最高,只有崇陽縣的總地閃回?fù)綦娏鲝?qiáng)度在秋季達(dá)到最大值。咸寧地區(qū)各縣市冬季的總地閃回?fù)綦娏鲝?qiáng)度均為最低。

圖5 2007—2017年咸寧各縣市雷電總地閃回?fù)羝骄娏鲝?qiáng)度分布Fig. 5 Average intensity distribution of return strokes ofcloud-to-ground lightning in six counties and districts inXianning in 2007—2017

4 結(jié)論

通過湖北省2007—2017年ADTD閃電定位儀的相關(guān)資料對咸寧地區(qū)的地閃回?fù)舸螖?shù)、極性以及地閃回?fù)裘芏群偷亻W回?fù)魪?qiáng)度等參數(shù)進(jìn)行分析,得到以下結(jié)論。

1)咸寧各地區(qū)總地閃回?fù)舸螖?shù)峰值出現(xiàn)在2010年,當(dāng)年降水量較其他年份充沛。地閃回?fù)舸螖?shù)與降水量密切相關(guān)。

2)不同縣市季節(jié)性的總地閃回?fù)舸螖?shù)相差較大,其中夏季總地閃回?fù)舸螖?shù)最多,春季總地閃回?fù)舸螖?shù)的占比多于秋季,冬季最少;月總地閃回?fù)舸螖?shù)峰值出現(xiàn)在8月。春夏季3—9月屬雷電集中高發(fā)期,也是雷電防護(hù)的關(guān)鍵季節(jié);日總地閃回?fù)舸螖?shù)最大值一般出現(xiàn)在13—18時(shí),最小值出現(xiàn)在08—12時(shí)。

3)咸寧北部區(qū)域與南部區(qū)域的地閃回?fù)裘芏?、地閃回?fù)魪?qiáng)度有明顯差異。南三縣的年平均地閃回?fù)裘芏染∮诒辈咳齻€(gè)縣市,且小于咸寧地區(qū)年平均值,但總地閃回?fù)魪?qiáng)度卻高于北部區(qū)域。地閃回?fù)裘芏然蚺c閃電理論探測效率、地質(zhì)結(jié)構(gòu)、局地小氣候有關(guān)。

(作者單位:中國氣象局氣象發(fā)展與規(guī)劃院)

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