闪电监测资料分析及雷灾分布特征研究*

2013-12-07林念萍吴荣军华立新

浙江气象 2013年1期

林念萍吴荣军华立新王辉杨春

(1.南京信息工程大学环境科学与工程学院，江苏南京210044;2.苍南县气象局，浙江苍南325800;3.额尔古纳市气象局，内蒙古额尔古纳022250;4.温州市气象局，浙江温州325027)

0 引言

闪电是一种复杂的大气物理现象，是由带电荷的云层内部、云层与云层之间或者云层与大地(云地)之间一种长距离瞬间放电现象，具有大电流、高电压、强电磁辐射、随机分散性、突发性、破坏性、瞬时性、三维性等特征［4］。近年来随着社会经济发展水平在不断提高，受多种因素的影响，闪电造成的破坏日趋严重。据统计全世界平均每分钟发生雷电2000次，全球每年因雷击造成的人员伤亡超过1万人，所导致的爆炸、火灾、电力线路故障、通信中断等事故时有发生。目前国内外对闪电监测资料分析及雷灾分布特征的研究很多。如郭虎等［1］对北京市自然雷电与雷电灾害的时空分析特征进行分析;刘垚等［2］对杭州市雷电活动特征及雷电灾害风险区划进行了研究;李霞等［3］对苏州地区雷电分布规律及对农村安全的影响进行了分析。在国内研究的区域范围基本限于国家、省、市3级，针对县(乡镇)一级的并不多见。县(乡镇)一级闪电及灾害活动规律的精细化研究是当前农村防雷减灾迫切需要解决的课题之一。

苍南县平原占1/3，山区、半山区占2/3。其中平原地区河道密布，地理环境特殊复杂，属闪电灾害高发地区。雷击造成人员伤亡、建筑物受损、输变电线路、通信线路故障以及电气、电子信息系统设备受损的事故频发，给人民群众生命财产安全构成极大的威胁，如何将闪电灾害损失减少到最低是当前各级政府迫切需要解决的问题。通过对苍南县闪电监测资料分析及雷灾分布特征进行研究，进一步了解到苍南县行政区域内闪电及灾害的活动规律和分布特征，从而为编制苍南县闪电灾害防御规划、闪电监测预警、雷击风险评估、防雷装置设计提供科学的依据，对苍南县科学、有效地防御和减少闪电灾害发生具有现实的指导意义。

1 资料来源与区域概况

1.1 数据来源

研究中所使用的数据主要包括:浙江省闪电监测网的2007—2011年苍南县闪电监测数据;1996—2011年(未包括1997，2001—2003年雷灾资料)温州市雷灾统计资料。

1.2 区域概况

苍南位于浙江省东南隅，东与东南濒临东海，西南毗连福建省福鼎县，西邻泰顺县，北与平阳、文成两县接壤。陆地界于 E120°07'～121°07'，N27°06'～ 27°36'。领海位于 N27°00'～27°32'48″，E121°07'向东至水深 200 m 等深线以内。陆地总面积为1261.08 km2，海岸线长168.88 km，全县滩涂面积约1万 hm2(图1)。属中亚热带海洋性季风区气候，温暖湿润，雨水充沛，夏无酷热，冬无严寒。由于地形复杂，又受台风及季风影响，山地、丘陵、平原之间小气候区差距较大。特殊的地理位置和气候使得苍南县成为浙江省气象灾害多发和重发地区之一，灾害种类多、频率高、季节性强、危害大。近年来，随着全球变暖和经济社会的发展，极端天气气候事件增加，气象灾害造成的损失有明显上升趋势，严重制约着苍南县地方经济和社会发展。

2 闪电监测资料分析

2.1 地闪时间分布特征

2.1.1 地闪年际分布特征

图1 苍南县卫星地图

分析2007—2011年各月闪电监测资料如表1所示，分析发现苍南县累计总闪次数为15345次/a，平均总闪次数为3069次/a，累计正闪次数为1099次/a，平均正闪次数为220次/a，累计负闪次数为14246次/a，平均负闪次数为2849次/a，平均负闪占平均总闪的比例为92.8%，平均正闪占平均总闪的比例为7.2%，以负闪为主导。其中2011年为闪电高发年份，总闪次数为6794次/a，占全市总闪次数比例最高(45.6%)，2008年为闪电低发年份，总闪次数为1368次/a，占全市总闪次数比例最低(33%)。

表1 2007—2011年苍南县的地闪次数次/a

2.1.2 地闪月分布特征

如图2所示，苍南县每年闪电主要集中在5—9月份，其中以7，8月总闪次数最多，以闪电高发年份2011年为例，7，8月总闪次数分别占全年总闪次数的25.6%和51.8%，6—8月发生的总闪次数占了90.2%，因此这个季节是预防闪电灾害的重要季节。

2.1.3 地闪时段分布特征

图2 苍南县2007—2011年各月地闪总次数

从图3可以看出，最高时段除2009年14时的479次和2011年19时的1321次，其他年份最高时段均在15时。尽管每年发生的总闪次数不同，总体上高发时段除2010，2011年分布有所不同，分别在13—18时和18—21时、13—16时和16—21时两个时间段同时呈双峰型分布外，其余年份基本一致，主要集中在13—17时，呈单峰状分布。这主要与午后出现强对流天气关系极为密切，因此午后傍晚出行应注意预防闪电灾害发生意外。

2.2 地闪空间分布特征

图4 苍南县2007—2011年闪电平均密度分布图

图3 苍南县2007—2011年各时段总闪次数日变化

图4 给出了苍南县2007—2011年闪电平均密度分布图，闪电密度存在明显的地域差异，地闪平均密度如表2所示，由表2可见闪电的密度分布与地形有着很大的关系，山区闪电密度较高，平原沿海地区闪电密度分布较低，主要集中在西北地区，整体呈现“北多南少，西密东疏”的空间分布特征。

表2 2007—2011年苍南县各乡镇平均地闪密度次/(km2·a)

2.3 地闪强度分布特征

将2007—2011年各年总闪按各强度等级闪电次数所占当年总闪次数的比例绘成曲线，如图5所示，可以看出总闪各强度等级总体上在15～45 kA之间呈正态分布，但2010，2011年闪电强度等级主要集中在5～15 kA，其中2010，2011年5～10 kA的比例较高，分别为29.2%和20.9%，10～15 kA的比例居第二，分别为17.5%和15.6%。

图6 给出的是正负闪取绝对值后的苍南县各乡镇最大强度值分布图，可以看出2010，2011年闪电强度极值分布较为明显，负地闪最大强度分别为811.65和797.88 kA，如此强度可能为远场折算值，存在一定的误差，实际闪击强度值有待科学监测设备进一步校验。2010年闪电强度高值区分别为矾山镇、灵溪镇、桥墩镇，2011年分别为矾山镇、灵溪镇、藻溪镇。其中灵溪镇2007，2011年两次出现全县最大负地闪，强度分别为225.3 和 797.88 kA，桥墩镇 2008，2010 年两次出现全县最大负地闪，强度分别为440.3和811.65 kA，龙港镇在2009年出现全县最大负地闪，强度为378.6 kA，从产生的闪电最大值上看均为负地闪，由此可见负地闪强度影响远大于正地闪。

图6 苍南县2007—2011年各乡镇地闪强度最大值分布图

3 雷灾分布特征

根据2006—2011(未包括1997，2001—2003年雷灾资料)年苍南县闪电灾害统计资料显示，苍南县闪电灾害在时间上分布较为集中。在全县27次闪电灾害中，25次发生在5—9月，伤亡人数8人，死亡3人，在时段的分布上主要集中在13—20时，闪电灾害的事故主要集中在雷电电磁脉冲(LEMP)对电力电子和通信设备造成的破坏，直击雷造成房子受损的情况较少，这也反映了电气和电子系统时代闪电灾害的新特点。闪电造成人身伤亡的事故占有一定的比例，这与苍南县的农村人口分布比例以及农村防雷意识淡薄和措施不到位有一定的关系。苍南县闪电灾害在乡镇的分布主要集中在中北部，统计受灾前3名的分别是龙港镇7次、矾山镇6次、灵溪镇5次，平原沿海乡镇受灾情况较轻，这与闪电密度分布图基本一致。图7给出了苍南县1996—2011年的雷电灾害频度分布特征。可以看出龙港镇是苍南县统计闪电灾害最严重的地区，全县闪电灾害主要发生乡镇分布与闪电密度分布特征基本对应。