泰安地区地闪时空分布特征

孙丽娜

（泰安市气象局，山东　泰安　271000）

泰安地区地闪时空分布特征

孙丽娜

（泰安市气象局，山东泰安271000）

利用泰安地区2007—2014年的地闪资料，研究该区域范围内地闪时空分布特征及其规律。结果表明：泰安地区负地闪比例为 98.54%，远大于正地闪比例1.46%；地闪活动的空间分布总体表现为东部多于西部、山地多于平原；地闪夏季发生最多，春季次之，再次秋季，冬季最少；负地闪、总地闪8月份最多，正地闪7月份最多；地闪的日变化曲线总体不具有明显的峰谷型；正地闪平均电流强度为24.15kA，明显大于负地闪平均电流强度9.92kA；正地闪电流强度主要集中分布在 10～20kA，其次为 20～30kA，负地闪电流强度主要集中分布在-10～0kA，其次为-20～-10kA。

地闪活动；地闪密度；地闪强度

引言

闪电是雷暴云能量释放过程中一种强烈的大气放电现象。随着经济的发展，高科技电子、通讯等设备的广泛应用，雷暴所造成的灾害越来越多。研究闪电活动规律，对防雷减灾具有重要意义［1-4］。孙景群通过分析气象台站的雷电资料，得出了中国雷暴活动的地理分布特征和时间变化特征［5］。Reap等通过对 1985和 1986年两年4—9月美国强风暴实验室（NSSL）的闪电定位资料进行分析，给出了该地区闪电的时空分布特征，提供了该地区雷电防护的依据［6］；Christian等利用卫星探测器光学瞬态探测器（OTD）观测全球闪电密度分布，发现当今全球每一秒钟平均发生46次闪电，而中国平均每分钟发生77次闪电［7］；冯桂力等利用1998—2000年山东地区闪电探测资料对部分城市市区闪电密度的统计分析表明，鲁中地区的城市应该加强防雷工作［8］。中国是雷暴多发的国家之一，泰安地区雷暴日数在全国属于中等［5，9］。有学者对泰安地区雷暴做了一些研究［10-12］，陈善炳统计得出泰山1954—1996年年平均雷暴日数为31.1d，年际变化在17～45d之间，6—8月份占全年的83.6%，7月份最多，占全年的40%；贾汉奎等利用1953—2010 年地面观测资料分析得出，泰安雷暴日数总体呈下降趋势，年平均雷暴日数为 31.3d，一年中只有 1月份没有雷暴，7月份最多，午后到上半夜是雷暴的多发时段。

此文利用闪电定位资料对泰安地区的地闪时空分布特征进行分析，以期为泰安地区地闪活动的监测与防雷减灾工作提供理论支持。

1　资料来源和分析方法

所用资料由山东省气象局闪电监测定位系统（LD-II）提供，时间为2007—2014年。该系统采用定向时差综合定位技术，主站设在山东省气象局数据处理监控中心，13个子站分别设在烟台龙口、威海荣成、青岛即墨、日照、临沂蒙阴、临沂郯城、潍坊昌邑、滨州沾化、德州夏津、济南章丘、泰安东平、济宁鱼台、菏泽东明，覆盖山东全省。定位系统对探测数据经过优化处理后提供每个闪电发生的时间、经纬度、电流强度、极性等参数［13］。

把时间间隔小于330ms、空间间隔小于10km的所有回击定义为一次闪电［14］。研究区域为泰安地区及其周围少部分区域，将35°38′～36°28′N和116°02′～117°59′E之间的区域分成0.01º×0.01º的网格，然后统计每个格距范围内的地闪总数，用每个网格中的地闪总数除以该网格区域的国土面积，得到该网格区域的平均地闪密度，单位为次·km-2·a-1。

2　地闪概况

表1给出了2007—2014年探测到泰安地区的227550个地闪的平均特征。从表中看出，所探测到的地闪中，大部分为负极性闪电，占98.54%，正极性闪电仅占 1.46%。正地闪的平均强度为24.15kA，负地闪的平均强度为9.92kA，总地闪的平均（绝对值）强度为10.13kA，正地闪的平均强度明显大于负地闪。其原因可能是由于负闪发生机会明显高于正闪，致使云中负电荷所造成的电场强度还没有达到很高，云地放电就发生了［4］。

表1　2007—2014年地闪的总体特性

3　地闪密度空间分布

地闪密度是闪电防护最重要的参数之一，能够直接反映研究区域内地闪的空间分布特征。图1给出了泰安地区 2007—2014年平均地闪密度分布特征，可以看出泰安地区正地闪年平均密度为 0.02次·km-2·a-1（图 1a），负地闪年平均密度为 1.38次·km-2·a-1（图1b），总地闪年平均密度为 1.40次·km-2·a-1（图 1c）。泰安地区地闪活动的空间分布特征总体表现为东部多于西部，山地多于平原，新泰市、泰安市多于肥城市、宁阳县、东平县的特点。由于泰安市、新泰市境内山脉（泰山、徂徕山、莲花山等）较多，山脉南坡日射强，增温快，易造成午后空气层结的热力不稳定，有冷空气下来时，抬升热空气使对流发展，易于雷暴天气的形成，而肥城市、宁阳县和东平县地势相对平坦，地闪密度相对较小。

图1　2007—2014年泰安地区年平均正地闪（a）、负地闪（b）、总地闪（c）密度分布（单位：次•km-2•a-1）

4　地闪次数变化

4.1地闪活动年际变化

图2给出泰安地区不同极性地闪年际变化：2010年负地闪次数、总地闪次数最多，分别为43815次（占负地闪总数的19.54%）和44266次（占总地闪数的19.45%）；2014年负地闪次数、总地闪次数最少，分别为 2858次（占负地闪总数的1.27%）和3178次（占总地闪数的1.40%）。2007年正地闪次数最多，为600次（占正地闪总数的18.12%）；2009年正地闪次数最少，为220次（占正地闪总数的 6.64%）。正地闪与负地闪发生次数年际变化趋势并不一致。

图2　 2007—2014年泰安地区地闪年际变化

4.2地闪活动季节变化

泰安地区地闪活动的季节性分布特征明显，夏季最多，正地闪占71.04%，负地闪占88.48%，总地闪占88.23%；春季次之，正地闪占23.68%，负地闪占8.65%，总地闪占8.86%；再次是秋季；冬季地闪发生的次数最少。正负地闪季变化趋势相同，负地闪季节变化更明显。夏季，西风带中的冷空气与副热带高压西北边缘暖湿气流叠加，造成大气不稳定，产生强对流，易于形成雷暴。

4.3地闪活动月变化

泰安地区地闪活动月变化特征明显，图3为泰安地区地闪平均月变化图，8月是泰安地区对流活动最旺盛、地闪活动最频繁月份，平均总地闪次数为12918.25次（占45.42%）；其次是7月，平均总地闪次数8154.25次（占28.67%）；再次是 6月，平均总地闪次数约为 4023.00次（占14.14%）。负地闪月变化与总地闪月变化趋势大致相同，8月最多，负地闪平均次数为12837.63次（占45.80%）；其次是7月，约为8016.13次（占28.60%）；再次是6月，平均为3947.75次（占14.08%）。正地闪月变化曲线比负地闪月变化曲线平缓，正地闪活动最为频繁的月份是7月，为138.13次（占33.37%），其次是8月，为80.63次（占19.48%）；再次是6月，为75.25次（占18.18%）。

图3　2007—2014年泰安地区地闪月变化

4.4地闪活动日变化

为了分析地闪的日变化规律，分别统计了23:30—00:30（不包含23:30，包含00:30，下同），00:30—1:30，01:30—02:30，…，和22:30—23:30（北京时，下同）中每个时段 2007—2014年累计地闪的总数，同时计算出每个时段相应的百分率。结果表明：地闪的发生存在明显的日变化，总体上不具有明显的峰谷型。正地闪最大值和次大值分别出现在 22:00和 17:00，最小值和次小值分别出现在 13:00和 14:00；负地闪最大值和次大值分别出现在 21:00和 20:00，最小值和次小值分别出现在11:00和12:00；总地闪最大值和次大值分别出现在 21:00和 22:00，最小值和次小值分别出现在11:00和12:00。从正负地闪峰值和谷值出现的时间上分析，负地闪的峰值和谷值总体在时间上早于正地闪的峰值和谷值。

5　地闪强度变化

5.1地闪强度极大值与平均值

为了分析强度分布，首先统计了正负地闪电流强度的逐年最大值、发生时间、位置（表2）及地闪的平均强度（表 3）。正地闪电流强度的逐年最大值区为50～130kA，5—10月都出现过最大值，正地闪极值为125.12kA，出现在2011 年8年16日，泰安市泰山区泰前街道三合社区西南方向；负地闪电流强度逐年最大值区为-110～-40kA，集中分布在7—8月，负地闪极值为-106.80kA，出现在2012年7月9日，泰安市东平县接山镇中套村西北方向。由于统计样本的年份较短，正负地闪最大值在地理位置上的分布规律不明显。

表2　2007—2014年地闪的最大强度

正地闪的平均强度远大于负地闪的平均强度，正负地闪平均强度的年际变化不大。2007年正地闪平均强度最大为26.11kA，2011年正地闪平均强度最小，为23.10kA；2013年负地闪平均强度绝对值最大，为11.02kA，2012年负地闪平均强度绝对值最小，为8.72kA。

表3　2007—2014年地闪的平均强度　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 kA

5.2不同等级地闪强度的概率分布

将全部地闪按照电流强度小于等于-110kA，-110～-100kA（不包含-110kA，包含-100kA，下同），…，-10～0kA，0～10kA…，120～130kA，大于130kA分为26个等级，统计出各强度等级地闪的数量，并统计出对应的百分率（图4），为了便于在图上呈现，负地闪采用绝对值。

图4　2007—2014年地闪不同强度等级分布

正地闪电流强度分布主要集中在 10～20kA，共发生 1373次（占 41.47%），其次为20～30kA，共发生1262次（占38.12%）；负地闪电流强度分布主要集中在-10～0kA，共发生132581次（占 59.25%），其次为-20～-10kA，共发生 75534次（占 33.68%）；总地闪电流强度（负地闪采用绝对值与正地闪累计）分布主要集中在 0～10kA，共发生 132889次（占58.40%），其次为 10～20kA，共发生 76907次（占33.80%）。

6　结论和讨论

（1）2007—2014年泰安地区共探测到227550个地闪，负地闪占98.54%，正地闪占1.46%；正地闪次数2007年最多，2009年最少；负地闪次数和总地闪次数2010年最多，2014年最少。

（2）地闪活动的空间分布与地形有关，总体表现为东部多于西部，山地多于平原，新泰市、泰安市多于肥城市、宁阳县、东平县的特点。

（3）地闪季节分布夏季最多，春季次之，再次是秋季，冬季最少；负地闪、总地闪8月份最多，正地闪7月份最多，正地闪月变化曲线比负地闪月变化曲线平缓；地闪的日变化明显，总体上不具有明显的峰谷型。

（4）正地闪电流强度主要集中分布在 10～20kA，其次为20～30kA，平均强度为24.15kA；负地闪集中分布在-10～0kA，其次为-20～-10kA，平均强度为9.92kA；总地闪的平均（绝对值）强度为10.13kA。正地闪电流强度的逐年最大值区为50～130kA，在5—10月都出现过最大值；负地闪电流强度逐年最大值区为-110～-40kA，集中分布在7—8月，正负地闪最大值在地理位置上的分布规律不明显。

该文数据统计仅限于矩形的区域内，对于泰安地区边界地闪数据的排除还需要做进一步研究，统计过程中仅排除了地闪的回击，没有排除地闪的误测。

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P427.3

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1005-0582（2016）02-0048-06

2015-11-04

孙丽娜（1982—），女，山东成武人，本科，工程师，主要从事雷电防御工作。