内蒙古东北部闪电频次分布特征分析

2018-05-11杨淑香包兴华

森林防火 2018年1期

杨淑香，包兴华

（内蒙古呼伦贝尔市气象局，内蒙古海拉尔 021008）

雷电是发生在自然界中常见的放电现象，伴随着强大的电流和电磁辐射，对人类、地面建筑物、输电线及通信设备等具有极大的危害。目前，国内的学者已对闪电定位资料展开了系统的研究[1-14]。李家启等[15]分析了重庆市闪电频次的极性、幅值、雷电流波头陡度和时间分布特征；钟幼军等[16]发现雷电活动基本可以揭示黑龙江省天气活动的时空分布特征；冯真祯等[17]利用地闪强度的中位数法分析福建省地闪的时空分布特征。闪电在一定的气象条件下易引发森林火灾，大兴安岭北部林区是雷击火发生的重灾区，约占呼伦贝尔市森林火灾总次数的50%。通过分析闪电的特征可以划分雷击火的易发区域，从而达到预防森林火灾的目的。

1 资料来源

本文采用ADTD闪电定位系统监测云地闪，包括正地闪和负地闪[18]，ADTD闪电定位系统由位于满归、金河、莫尔道嘎、陈旗、满洲里、东旗、图里河、博客图、小二沟、扎兰屯的10部闪电定位仪组成，探测范围覆盖呼伦贝尔市整个地区。闪电定位仪具体分布位置，如图1所示。

图1 呼伦贝尔市闪电定位站分布

本文选用2009-2016年闪电定位监测资料，每个闪电资料包括闪电发生的经纬度、雷电流幅值、性质、波头陡度、时间等参数。为分析云地闪的性质和特征，分别计算正闪和负闪的发生比例，按年、月、日统计各时间段发生频次等。海拔资料是利用ARCGIS读取林业服务平台的高程地图获得的。为分析闪电密度，我们把地图划分成1 km×1 km的网格，然后统计每个格点的闪电次数。

2 闪电频次的时间分布特征

2009-2016年呼伦贝尔地区共发生地闪574 079次，其中负地闪539 634次，正地闪34 445次，正地闪年均比例为6%。据研究，正地闪比例随纬度的增加而增大。除此之外，正地闪的多少还与地形、地貌和局地小气候有关[19]。

2.1 闪电频次月分布

从2009-2016年呼伦贝尔市闪电频次的分布特征来看（图2），雷电活动遍布全年12个月，多发生在6-8月，占全年的91.51%，其中6月占15.6%，7月占37.8%，8月占36.3%。绝大多数雷电发生在夏季，这与该季节对流旺盛有关。全年每月发生闪电的负闪数均大于正闪数，其中4、5、9、10月正负闪之比大于1∶4，闪电较为频繁的6-8月正负闪比例分别为1∶10，1∶9和1∶32。

图2 呼伦贝尔地闪频次月变化

2.2 闪电频次日分布

闪电频次的日分布特征明显（图3），总体呈单峰分布，峰值出现在17：00时，为5 805次，高值区在14：00-19：00时，极小值为322次，出现在05：00时。由此可见，高值区出现在午后傍晚，低值区出现在清晨上午。这与局地对流强弱有关，午后对流开始发展，傍晚达到最强，清晨热量不足，不利于对流的形成和稳定[20，21]。

图3 呼伦贝尔地闪频次日变化

2.3 闪电频次的雷电流幅值分布特征

分析2009-2016年地闪资料（图4、图5），得出呼伦贝尔地区正地闪的平均雷电流幅值为74.76 kA，最大值387.6 kA；在20～60 kA强度等级发生最为频繁，占正地闪总数的61.1%，最大频次为152次/年。闪电强度在40 kA以下时，正地闪的发生频次随雷电流幅值的增大而增加；闪电强度大于40 kA时，正地闪的发生频次随雷电流幅值的增大而逐渐减少。与正地闪相比，负地闪的平均雷电流幅值为43.5 kA，最大值318.7 kA；在18～42 kA强度等级发生最频繁，最大频次为3 350次/年。很明显，负地闪的强度不及正地闪，但负地闪发生频次较大，且分布更为集中。

图4 呼伦贝尔正地闪雷电流幅值分布

图5 呼伦贝尔负地闪雷电流幅值分布

2.4 闪电频次的雷电流波头陡度分布

在2009-2016年的闪电中（图6、图7），正闪平均陡度为14.08 kA/μs，最大陡度为274.22 kA/μs；主要分布范围为1～20 kA/μs，占全部正闪频次的98.6%，其中陡度为6 kA/μs的正闪频次最多。负闪平均陡度为13.15 kA/μs，最大陡度为108.41 kA/μs，主要分布范围为1～20 kA/μs，占负闪频次的96.4%，其中陡度为9 kA/μs的负闪频次最多。与正闪相比，负闪陡度频次大且集中。

图6 呼伦贝尔正地闪雷电流陡度分布

图7 呼伦贝尔负地闪雷电流陡度分布

3 闪电频次的空间分布特征

3.1 闪电频次与海拔的关系

对地闪的地理信息定位，提取出各个地闪的海拔，结果绘于图8和图9。可以看出，呼伦贝尔地闪发生频次最高区域为海拔600～700 m的地区，次高区域为海拔300～400 m的地区。其中海拔在300～400 m，地闪频次随着正负地闪之比下降而下降；海拔在400～600 m，地闪频次随着正负地闪之比下降而增加；海拔在600～1 200 m，闪电频次随着正负地闪之比上升而下降。海拔在1 200 m以上基本不发生地闪。

图8 呼伦贝尔地闪与海拔的关系

3.2 闪电频次的经纬度分布

闪电频次的经纬度分布特征相似，呈双峰型分布（图10）。纬度高值区分布在49.1°～49.6°N，次高值区分布在47.8°～48.2°N。经度高值区分布在121.8°～122.4°E，次高值区分布在120.4°～121.0°E。随着经纬度的增加，正负闪之比呈递增趋势。

图10 呼伦贝尔地闪的经纬度分布

3.3 闪电频次的区域分布特征

呼伦贝尔市境内11个旗（市、区）2009-2016年的雷电发生情况表明：闪电频次最高的是鄂伦春自治旗，达18 822次/a，其次是牙克石市、新巴尔虎左旗、陈巴尔虎旗、鄂温克族自治旗，闪电频次均大于1×104次/a。以闪电密度分布来看，扎兰屯市最高，每100 km2达82次/a；其次是陈巴尔虎旗、鄂温克族自治旗、新巴尔虎左旗、牙克石市，每100 km2都超过60次/a；阿荣旗、鄂伦春自治旗、新巴尔虎右旗、额尔古纳市的闪电密度居中，每100 km2为20～30次/a之间；闪电密度最小的地区为根河市和莫力达瓦达斡尔族自治旗，每100 km2分别是17次/a和16次/a。

以1 km×1 km统计分析雷电密度（图11），闪电密度超过10次/（a·km2）的区域有扎兰屯市东北部、牙克石市中部、鄂伦春自治旗西南部及其他部分地区。闪电密度小于2次/（a·km2）的区域包括：额尔古纳市中北部、根河市、新巴尔虎右旗中南部、鄂伦春族自治旗东北部；其余地区闪电密度在2～10次/（a·km2）之间。