湖北黄冈地区2006—2011年闪电时空分布特征

王 慧，王沛涛，高玉龙

（1.黄冈市气象局，湖北 黄冈438000；2.邯郸市气象局，河北 邯郸056000）

闪电通常发生于对流天气过程中，因经常伴随着瞬间强放电现象，极易造成建筑物、电力电子设备、家用电器损毁，甚至人身伤害。因此，分析闪电的时空分布特征可以有效地指导雷电防御工作。黄冈市位于湖北省东部，其北部处于大别山脉地区，南部位于长江中游北岸，是湖北省受雷击灾害较重的地区[1]。据不完全统计，黄冈地区每年都发生因雷电造成的人员伤亡事件，并直接造成不同程度的经济损失。随着社会经济的快速发展和城市化进程的加快，雷电造成的灾害损失已呈明显上升趋势，雷电灾害已被公认为最严重的10种自然灾害之一。近年来，随着闪电定位系统的大量安装，已经能够精确探测到闪电发生的时间、地点、电流强度与极性等详细参数数据，利用这些数据可以有效研究闪电的分布规律、强度等各类特征。国内许多学者应用闪电定位资料对闪电的时空分布特征等进行了深入细致的研究工作[2-8]。如王学良等[2－3]利用湖北省13个站的闪电定位资料对湖北地区闪电的时空变化进行了分析研究；成勤等[4]利用我国中部5省52个站的闪电定位资料对5省区域闪电的时空变化进行了分析研究；焦雪等[5]、冯民学等[6]利用电闪资料对江苏省闪电的日变化、年变化、电流强度、密度等进行了分析；冯桂力等[7]、张文煜等[8]分别利用5站和13站的闪电定位资料研究了山东地区的雷电分布特征。本文利用湖北省13个站ADTD型雷电探测系统提供的探测资料,针对黄冈地区的闪电活动进行分析，研究其分布规律和特征，为本地雷电防御、风险评估工作等提供参考依据。

1 资料和分析方法

闪电资料来源于设置在湖北省的13个ADTD闪电定位仪探测资料，包括闪电发生时间、地理位置（经、纬度）、闪电电流强度、极性（正、负闪电)、雷电流波头陡度等主要参数。采用2006—2011年探测到的闪电资料,提取出现在黄冈市所属行政区域内闪电资料，统计分析正、负闪电次数、电流平均强度及其所占闪电总数的百分比。按北京时整点时段00—01、01—02、……、22—23、23—00 统计每日逐小时内闪电次数，用以分析闪电的日变化特征。统计6 a逐月的平均闪电次数，分析闪电的年变化特征。将闪电电流强度值≤300 kA的闪电，按照10 kA间隔分成30段，分别统计各闪电强度段内的闪电次数及其占闪电总数的百分比，并统计各个闪电强度段的累积频率，分析闪电强度的分布特征。选取地理范围 114～117°E、29～32°N 的方形区域，分析黄冈地区的闪电空间分布特征，按照0.05°间隔分为60×60的方形网格（约25 km2），统计每个网格内出现的正、负闪电及总闪次数（闪电密度：每平方千米闪电次数），通过分析等密度线来确定闪电的空间分布特征。用相同的方法绘制逐月的闪电密度分布图，分析闪电在一年中各月的空间分布变化。

2 结果与分析

2.1 闪电的总体特征

2006—2011年发生在黄冈行政区域内的闪电总体特征见表1。总闪电次数为338 968次，其中负闪电次数为330 136次，占总闪电数的97.4%，正闪电次数为8 832次，占总闪电数的2.6%，正负闪电出现次数的比例为1:37.4，正闪出现的百分比与王学良、焦雪等[2-4]的分析少1%之多。负闪电平均电流强度为37.59 kA，正闪电的平均电流强度为47.39 kA，正闪电高于负闪电约10 kA，正、负闪电的最大电流强度分别为415.9 kA、530.2 kA。负闪明显偏多的原因是闪电大多发生于对流性天气过程中，而对流云团中正电荷主要聚集在云体的上部，负电荷主要聚集在云体的下部，致使云体与地面之间更易发生负闪。由于负闪电占有绝对的多数，因此总闪电和负闪电的分布特征基本上是一致的。

表1 2006—2011年黄冈地区闪电总体特征

2.2 闪电频次的日变化

统计2006—2011年黄冈地区6 a逐小时的平均正、负闪电总次数，分析本地闪电频次日变化（图1）。从图1中可知，黄冈地区负闪电频次的日变化基本呈双峰值型，峰值分别出现在午后16时与傍晚的19时，另在早晨06时有一微弱的峰值。正闪电频次的日变化较为平稳，在18—19时有微弱峰值出现，每小时闪电次数在90余次。每日的14时至20时是闪电多发时段，每小时闪电次数均在3 600次以上，占每日总数的54.2%；每日23时至05时是闪电发生相对较少时段，仅占每日总数的15.7%。出现在16时与19时的两个最大峰值分别达每小时4 960、4 725次。这个时间段与黄冈地区午后到傍晚多对流性雷雨天气的气候特征一致。因此，每日14—20时是黄冈地区雷电天气的多发时段，也是雷电防御的关键时段。

2.3 闪电频次的年变化

统计2006—2011年黄冈地区6 a逐月平均正、负闪电的总次数，如图2。黄冈地区闪电频次的年变化呈明显的单峰值型，正、负闪电的峰值均出现在7月，年平均次数分别为381和21 000次。每年4—9月是闪电集中发生期，年平均发生53 467次，占全年闪电总数的94.6%。每年10月—次年3月闪电发生很少，仅占全年闪电总数的5.4%。夏季的6—8月份是闪电发生的相对集中期，年平均发生47 232次，占全年总数的83.6%。黄冈地区1—7月闪电次数逐月增加，8—12月份闪电次数逐月减少，7—8月是闪电发生的高峰期。黄冈地区闪电频次的年变化与湖北省的闪电频次年变化基本一致[2-3]。6月下旬—7月中上旬是黄冈地区梅雨期的降水集中时段，这期间是暴雨及强对流性天气的频繁发生期，常伴有雷电出现，到7月下旬—8月基本处于副热带高压边缘，局地雷雨天气较多。闪电频次的年变化与黄冈地区本地的天气气候特征完全吻合。每年夏季的6—8月是黄冈地区雷电防御的关键季节。

2.4 闪电电流强度分布特征

对闪电电流强度值按照10 kA的单位间隔，分别统计正、负闪电各段电流强度值出现频次的百分率，分析各段电流强度值的分布特征（图3）。从图3分析可知，正、负闪电电流强度在0～60 kA内的分布较为一致，电流强度在30 kA以下时，闪电频次百分率随其强度的增加而增加；在30 kA以上时，闪电频次百分率随其强度的增加而减少。正、负闪电最大峰值均出现在20～30 kA之间，分别为26.1%和31.1%。当电流强度大于60 kA时，正闪电百分率明显高于负闪电百分率。在60～100 kA之间电流强度分布，正、负闪电分别占15.5%、8.5%，而大于100 kA闪电强度的正、负闪电分别占8.2%、0.5%，正闪是负闪的16倍之多。分析结果表明，闪电电流强度值主要集中在10～60 kA之间，总闪占其总数的89.1%，其中负闪电占其总数的89.5%，正闪电占其总数的75.8%，二者之间有14%的差异。因此，对于10～60 kA范围闪电强度值，在本地雷电防护工程设计、雷电风险评估工作中应予重点考虑。

2.5 闪电密度的空间分布特征

2.5.1 年闪电密度的地理分布特征

黄冈地区的正、负闪电密度分布特征基本一致（图4）。闪电高密度区域位于黄冈中部的黄州、团风、浠水、罗田南部、蕲春沿江附近及红安中南部等地带，其中负闪密度值普遍在80以上，两个密度高值中心分布在黄州、浠水的沿江地带和团风的北端，最大中心值在160以上；正闪密度值普遍在2～4，仅有极少部分地区密度值在4～6次。黄梅、英山北部、罗田东北部与麻城中部的部分地区闪电发生次数相对较少，负闪密度值普遍为20～40，有少部分地区最小值在20次以下，正闪密度值普遍在1～2次。

2.5.2 闪电密度的季节分布特征

黄冈地区平均每年4—9月发生的闪电次数占全年闪电总数的94.6%，4—9月闪电密度分布可以反映出全年各月的密度分布特征（图5）。由图可知，黄冈地区4—5月大部分区域闪电密度在5以下（图5a、图b），4月浠水、团风、红安北部、麻城南部有5～10次的零散区域；5月在黄州、团风、浠水大部及罗田西南、红安中部有成片区域在5～10次之间，其中黄州东部、浠水北部有20次以上的中心区；6月闪电活动增加明显（图5c），大部区域闪电密度在5以上，在团风、浠水北部与麻城、罗田南部的交界区域有20的高密度区，密度高值中心在团风北部，达到80。

每年7—8月是黄冈地区闪电活动的最强盛期，大部分区域闪电密度在20以上（图5d、图e），闪电密度高值区主要分布在黄冈地区中部。7月闪电密度在40次以上的区域在黄州、团风、浠水、罗田南部及红安的中部与南部地带，在黄州、浠水长江沿岸有两个密度高值中心，最大中心值在80次以上；8月闪电活动开始减少，特别是黄州、浠水明显减少，其密度分布特征与7月大体相当，40以上区域明显减小，有零散的小区域在60次以上。

9月（图5f），黄冈地区的闪电活动迅速减少，大部区域闪电密度在5次以下，红安中部为无闪电区域。在罗田南部与麻城、英山交界处及武穴东部、黄梅北部交界处有成片5次以上的区域，另在浠水、蕲春有零散的小区域出现。

3 结论

（1）黄冈地区闪电以负闪为主，占总闪数的97%以上；正闪平均强度为47.39 kA，负闪平均强度37.59 kA，正闪高于负闪约10kA；正闪的最大强度415.9 kA，负闪为530.2 kA。

（2）闪电频次的日变化呈双峰值型，峰值分别出现在午后16时与傍晚的19时，年平均1小时为4 960次和4 725次；最多时段在14—20时，占每日总数54.2%，较少时段在23—05时，占日总数的15.7%。

（3）闪电频次的年变化呈明显的单峰值型；夏季是闪电活动的最活跃期,6—8月闪电占全年总数的83.6%；夏半年4—9月占全年总闪电的94.6%；冬半年闪电很少，10月至次年3月仅占全年总闪电的5.4%。

（4）闪电电流强度值主要集中在10～60 kV之间，总闪占其总数的89.1%，其中负闪电占其总数的89.5%，正闪电占其总数的75.8%；闪电强度大于100 kA时，正闪明显多于负闪，是负闪的16倍之多。

（5）闪电密度高值区主要分布在黄冈中部地区，年平均负闪密度值普遍在80次/（25 km2·a）以上，正闪密度值在2～4次/（25 km2·a）之间；6月的高密度区偏北，在团风北部有一个80次/（25 km2·a）以上的高密度中心，7月的高密度区南移，在黄州、浠水的长江沿岸地带各有一个80次/（25 km2·a）以上的高密度中心。

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