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(jiān)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(shù)據(jù)，運用常規(guī)數(shù)據(jù)統(tǒng)計、氣候傾向率等方法，對包頭市雷暴日數(shù)的時空分布特征進行分析。結(jié)果表明：近36年包頭市雷暴日數(shù)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(shù)減少2.71 d。利用2014—2020年包頭地區(qū)的閃電（地閃）探測資料進行分析，發(fā)現(xiàn)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(fā)生在每年6—9月，約占全年地閃總次數(shù)的97.9%，且集中在15：00～19：00。

關(guān)鍵詞：雷電；雷暴日數(shù)；初終日；地閃頻次

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

雷電災(zāi)害是“國際減災(zāi)十年”委員會公布的最嚴(yán)重的10種自然災(zāi)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(chǎn)損失不計其數(shù)。隨著我國社會經(jīng)濟的高質(zhì)量發(fā)展和電子信息產(chǎn)業(yè)的迅速推進，雷暴造成的災(zāi)害影響越來越大[2]。雷電放電時產(chǎn)生的強烈電磁輻射可能對作物的生長發(fā)育和生理代謝產(chǎn)生不利影響，導(dǎo)致作物減產(chǎn)甚至死亡，也會改變土壤的化學(xué)性質(zhì)，導(dǎo)致土壤中有害物質(zhì)的累積和釋放，危及作物生長環(huán)境。雷電活躍時往往伴隨氣溫、濕度等環(huán)境條件的變化，這種變化可能誘發(fā)作物病蟲害，加劇對作物的危害，雷電造成的森林火災(zāi)也不容忽視。同時，雷電可能對農(nóng)舍、水泵、灌溉設(shè)備及電力、通信等設(shè)施造成損壞，間接導(dǎo)致農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中斷，給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)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(qū)，夏季雷電活動較為頻繁，根據(jù)《中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)：《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)》（GB 50343—2012）的劃分標(biāo)準(zhǔn)，包頭市屬于中雷區(qū)。

韓經(jīng)緯等[3]對內(nèi)蒙古雷暴、冰雹災(zāi)害的評估分析與防御對策進行了研究，指出雷暴、冰雹災(zāi)害主要集中于山地及丘陵地區(qū)，以陰山到燕山、大興安嶺為雷暴、 冰雹災(zāi)害最重、最頻繁的地區(qū)。雷電災(zāi)害發(fā)生的頻率越高，造成的損失也就越大，最新的統(tǒng)計資料表明，雷電造成的損失已經(jīng)上升到自然災(zāi)害的第三位[4-5]。2014年以來，內(nèi)蒙古自治區(qū)氣象局閃電定位系統(tǒng)成功布設(shè)，實現(xiàn)了全天候、長期、連續(xù)運行并記錄雷電發(fā)生的時間、位置、強度和極性等指標(biāo)，極大地提升了雷電活動監(jiān)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(xué)決策依據(jù)，以便日后提高防災(zāi)減災(zāi)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(shù)資料進行統(tǒng)計分析，運用常規(guī)數(shù)據(jù)統(tǒng)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(nèi)蒙古氣象數(shù)據(jù)中心閃電定位系統(tǒng)監(jiān)測到的地閃數(shù)據(jù)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(xiàn)日數(shù)的分布特征

2.1.1 雷暴出現(xiàn)日數(shù)的空間分布特征

1978—2013年包頭市年平均雷暴日數(shù)為28.9 d，各地年平均雷暴日數(shù)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(shù)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(xiàn)雷暴日數(shù)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(qū)、2005年的固陽縣、2007年及2011年的滿都拉。以上數(shù)據(jù)說明包頭市雷暴日數(shù)分布特征差異較大，雷暴日數(shù)呈現(xiàn)東南多、西北少的地域分布特征。

2.1.2 雷暴出現(xiàn)日數(shù)的年變化特征

雷暴天氣在氣象學(xué)中用雷暴日表示，單位為“天”，由包頭市年平均雷暴日數(shù)的變化趨勢圖可知（圖1），1980年平均雷暴日數(shù)最多而2010年平均雷暴日數(shù)最少，天數(shù)分別為40、19 d，兩者相差21 d，說明包頭市雷暴日數(shù)年際間相差較大。年平均雷暴日數(shù)高于平均值的有18年，占50.0%。20世紀(jì)80年代包頭市平均雷暴日數(shù)為33.34 d，20世紀(jì)90年代平均雷暴日數(shù)為28.33 d，21世紀(jì)初平均雷暴日數(shù)為26.17 d，近36年雷暴日數(shù)的平均值為28.9 d，可見20世紀(jì)80年代包頭市雷暴日數(shù)高于平均值，20世紀(jì)90年代、21世紀(jì)初低于平均值。近36年包頭市雷暴日數(shù)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(shù)減少2.71 d。

2.1.3 雷暴出現(xiàn)日數(shù)的月變化特征

1978—2013年，包頭市月平均雷暴日數(shù)的變化趨勢為3—7月雷暴日數(shù)逐漸增加（圖2），7月后雷暴日數(shù)逐漸減少。各月平均雷暴日數(shù)呈單峰形特征，峰值出現(xiàn)在7月（8.5 d/月），占雷暴日總數(shù)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(shù)均少于1 d/月，其中每年12月至翌年2月無雷暴活動發(fā)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(fā)生，冬季一般無雷暴發(fā)生。這是因為夏季受東南季風(fēng)的影響，水汽充沛，結(jié)合動力、熱力作用，容易引發(fā)局地性強對流天氣，導(dǎo)致夏季雷暴多發(fā)。

2.1.4 雷暴初日與終日的演變

包頭市最早出現(xiàn)雷暴初日為3月30日的土右旗、市區(qū)及希拉穆仁。最遲終日出現(xiàn)在10月27日的市區(qū)、土右旗、固陽縣。36年里各地雷暴初日大多發(fā)生在3月底4月初，雷暴終日多發(fā)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(jié)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(xiàn)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(qū)。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(qū)面積大有關(guān)。

雷暴日是指某地區(qū)一年中有雷電放電的天數(shù)，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(fā)生閃電的次數(shù)，兩者都是表征不同地區(qū)雷電活動的頻繁程度[7]。表1統(tǒng)計的是縣（區(qū)）為單位的雷暴日數(shù)和閃電密度，其中達茂旗雷暴日數(shù)是選取希拉穆仁、滿都拉、達茂旗3站年雷暴日數(shù)的平均值。由表1可知，包頭市各旗縣區(qū)雷暴日數(shù)和閃電密度分布基本相同但不包括市區(qū)，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(shù)最多，市區(qū)、土右旗、固陽縣是雷電活動最密集的區(qū)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(jiān)測到包頭市總地閃次數(shù)呈現(xiàn)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(shù)最多，2019年觀測到的地閃次數(shù)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(zāi)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(fā)生在6—9月，約占全年地閃總次數(shù)的97.9%，其中7月地閃頻次最高，約占全年地閃總次數(shù)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(xiàn)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(jié)論

（1）包頭市年平均雷暴日數(shù)為28.9 d，該市各地年平均雷暴日數(shù)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(shù)分布特征差異較大，且呈現(xiàn)東南多、西北少的地域分布特征。

（2）包頭市月平均雷暴日數(shù)的變化趨勢為3—7月雷暴日數(shù)逐漸增加，7月后雷暴日數(shù)逐漸減少，各月平均雷暴日數(shù)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(fā)生較少，冬季一般無雷暴發(fā)生。

（3）包頭市雷暴日數(shù)年際間相差較大，近36年雷暴日數(shù)的平均值為28.9 d，且雷暴日數(shù)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(shù)減少2.71 d。

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

參考文獻

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