雷电发生与地形关系研究

唐 赟,汤 洁 ,徐梦颖 ,王山旗

（1.南京信息工程大学,南京 210000；2.江苏省淮安市气象局,江苏 淮安 223001）

0 引言

雷电是一种伴有闪电和雷鸣的放电现象[1]。直击雷和球形雷都会对人和建筑物造成危害。直击雷就是在云体上聚集很多电荷，大量电荷要找到一个通道来泄放，有的时候是建筑物、铁塔，或空旷地方的一个人。所以这些人或物体都变成电荷泄放的一个通道，受击伤。由于许多人对雷电认识不足，防护意识不强，造成重大损失。据中国气象局统计，我国每年将近1000人遭雷击死亡，雷击造成的直接经济损失近10亿元左右；雷电灾害已成为危害程度仅次于暴雨洪涝、气象地质灾害的第三大灾害[1]。苏北响水县老县城是在临近灌河边的只有散户居民的小集镇基础上建设的。基本上以群众自建房为主，既没有科学规划更没有考虑防雷，造成老城区几乎每年都要出现雷电灾害，给人民的生命财产带来较大危害，居民“谈雷色变”。

1 资料来源

发生雷电灾害期间的气象观测资料由响水县气象局、响水县水文局提供，航拍图来源于网站。

2 雷灾个例

选取近3年发生的典型案例，每年1个，具体如下：

案例1.2010年9月3日11:25-12:50，受台风影响，老城区首先闻雷。雷声大，瞬时出现稀疏大雨滴。响水镇德路桥附近的老城区文化巷，某居民一辆摩托车在外面，家人怕淋雨，便拖进屋内。霎时，一声巨响，一个拳头大的火球雷从平房的屋顶，沿着坡陡屋檐滚下来，打在原来摆放摩托车位置上，瞬间，旋转消失，全家人吓得目瞪口呆。

案例2.2011年7月25日17:23-19:18，受强对流天气影响，天气燥热。雷达显示：块状云团由西向东，以30KM/S速度移动。响水县城首先受到侵扰的仍然是老城区。强降水、大风伴随炸雷先后影响。雷电在老城住区回旋，一个小足球大的红色火雷球在陈氏家堂屋，环绕后爆炸，约六七秒后消失。幸亏留守老人在卧室，得以幸免。经检查，电源插座开关烧焦，门灯打坏。同时，隔壁几家邻居电脑路由器、数字电视机顶盒被损毁。

案例3.2012年7月10日21:31-21:56，台风倒横槽影响，雷电，风雨交加。多普勒雷达分析，降水回波达36DBZ,在老城区上空缓慢盘旋。据当地居民反映：雷声像火炮一样，震耳欲聋。雷电从房屋扫过时，击中高尖端的电视、基站天线，可以目击天线被烧的通红。经查县保险公司资料，德路桥附近一条小街上十几户居民，电视机、电冰箱、有线电视路由器、机顶盒、小灵通基站天线遭雷击损坏。

3 原因分析

3.1 雷电资料分析

雷电活动较频繁。图1是利用江苏省雷电监测网2006～2010地闪资料得出的响水县老城区中心位置周围3.5km范围内5年地闪密度等级图。图2是响水县1971-2010年雷电来向频率玫瑰图。根据资料统计分析得到响水县老城区中心位置周围3.5km范围内2006～2010的平均地闪密度约为2.146次/（km2·a），雷电活动较为频繁。此外，根据响水县1971年到2010年雷电来向资料统计得出响水县雷电活动主要来向为西南、西北方位，出现的频率之和为48.1%，而响水县老城区正处于该方位范围内。因此，较频繁的雷电活动也是造成老城区雷灾频发的主要原因之一。

图1 地闪密度等级图

图2 雷电来向频率玫瑰图

3.2 气象条件分析

（1）850hPa形势分析。2010年9月3日11:25，雷暴首先影响老城区，受影响时间时长25min。随后雷电自西向东横扫全县，县城出现了155mm的大暴雨伴有9.1m·s-1的东北风。高空850hPa、700hPa、500hPa三层温差达9～10℃，导致了雷暴发生。

（2）500hPa形势分析。2011年7月25日17:23 -19:18，副高南落，冷空气东进。850hPa、700hPa槽前西南气流增温，出现大面积不稳定能量区，产生雷阵雨天气。

（3）700百帕形势分析。2012年8月10日8：20-16：38 受台风海葵倒槽和冷空气共同影响，响水县出现了降水量达497.8mm的特大暴雨（历史第二极值），并伴有17.7 m·s-1的东北大风。雷电从老城区穿过,影响达6.3hr。

（4）多普勒雷达和卫星云图分析。从多普勒雷达和卫星云图看，三次过程，相似“逗点”块状雷达回波，强度达35－55DBZ。沿灌河――大运河――老城区作反时针，缓慢绕行。这与地形和气场分布相对一致。

图3 2011年7月25日08时500hPa天气实况图

从上分析可见，雷暴强对流天气发生时，大多自西向东移动或在西边运动后消失。

3.3 雷电与环境关系分析

（1）特殊地形。河网稠密，距离湖泊、大型水库等水体越近的地方，遭受雷电灾害的风险越大[2]，雷电次数明显增多，据有关资料统计可增多20%以上[3]。响水老城区依灌河而建。灌河由淮安流经沭阳、涟水、灌南、灌云、响水入海。河长约 110Km，高潮位宽约2km，低潮位约0.6km。其东北部为大片的盐田与滩涂，老城区处于其腹部（图4）。河堤和老式建筑物呈∧喇叭型分布，水体基准点至建筑物有20～50m高度，形成一个凸现的半围式立体布局。灌河直接与黄海相通，受月球引力作用，形成潮起潮落，致使沿海沿河地区由于水面，充沛的水汽随气流上升，水域上空湿度增大，有利于对流活动发展[4]。灌河流径响水县呈∨字型，通榆大运河、唐响河、新沂河与80多条运输、灌溉、排水河在这里汇交形成一个涡旋状的喇叭口，地气、水气系统活跃。天气系统由上游的西北向下游的东南移动时，如果灌河正好是落潮，则通榆河等几十条河流顺势而下，作逆时针运动。可能受其上空湿度墙诱导，作气旋性运动，与高空槽形成叠加，把水体水汽再次向积雨云内输送，增加了动能。在∨字型底部为水汽通道弯曲和风切变最大处，能量积累达最大值。由于闪电通道中电荷密度分布不匀，通道弯曲的地方体电荷密度较高，在闪电过程中出现最亮的光斑，这可能是老城区较其它地方雷电多，强势的主要原因之一。天气系统主要自西向东入侵,在河流上空湿墙引导等作用下，过河立即加强，首先穿过老城区，使其成为雷电袭击的首要门户。

（2）建筑物孤立。响水县年平均雷暴日出现天数，老城区26.7d，比新城区多5.3d,主要与新老城区与灌河的相对位置有关。1999-2001年，老城区沿线的灌河堤多次受风暴潮和雷电袭击，（2000年出现24hr雨量达830mm）2003年，县城南扩东移，加之灌河溃堤，老城区大面积拆迁，剩下的老住户房屋，稀疏、孤立、凸现出来,雷灾影响更加明显。

（3）无防雷设施。老城区的房屋大多数是老式平房，少数是1～2层楼房，无避雷设施，室内的电源线、信号线等连基本的接地装置都没有。附近无高大建筑物，无避雷针（塔）避雷网线等设施，雷电流泄放物少，所以易发生雷电灾害。

图4 老城区与灌河的相对位置图（卫星航拍）

4 结论与讨论

（1）响水县老城区多发雷电事件是由于特殊地理环境引起的，灌河河道与河堤、老城区建筑呈喇叭口，形成天气系统过河后加强的现象，特殊地形形成了利于雷电天气发生发展的条件。

（2）响水县老城区依河而建，没有科学规划，建筑散乱，无防雷设施，形成了诱发雷电灾害的条件。

（3）区域防雷的核心是建筑群防雷的科学规划。要结合老城区改造，做好响水老城区防雷规划。同时，加强防雷知识宣传，让居民认识到防雷的重要性。从区域防雷、建筑防雷、生活防雷入手，让雷电灾害从老城区走开，让居民不再“恐”雷。

[1]陈谓民.雷电学原理[M].气象出版社,2006:148-149.

[2]程向阳,谢五三,王凯.雷电灾害风险区划方法研究及其在安徽省的应用[J].气象科学,2012(32):82-86.

[3]秦春明,曹磊,韩登武.石河子总场“5.27”雷灾事故现场调查和成因背景分析[J].新疆气象,2001,24(06):31-32.

[4]尹宜舟,沈新勇,陈谓民.雷暴天气过程中地闪分布的诊断分析[J].气象科学,2008,28(05):521-527.