海南岛地闪活动的时空特征与海陆风关系

郭冬艳 陈红 陈有龙 李凡

（1 海南省气象台，海口 570203；2 海南省南海气象防灾减灾重点实验室，海口 570203）

0 引言

海南岛是中国雷击灾害发生最频繁的地区之一[1-3]。理解一个地方的闪电活动特征及其形成条件是做好当地闪电活动预报的基础。目前，世界范围内已经开展很多关于如闪电密度分布、闪电日变化特征和海陆风对闪电影响等方面的研究[4-7]。例如，印尼群岛沿海地区的雷暴多发生在下午，山风加强陆风的辐合，导致了马六甲海峡和非洲大湖夜间和清晨雷暴的发生[8]。郭冬艳等[9]发现海陆风是导致海南岛大部分地区雷暴在夏季的下午发生最为频繁的原因之一，主要原因是偏北海风和大背景偏南风的辐合；然而，在南部的三亚地区，夜间偏北陆风和环境偏南风产生辐合，导致三亚地区雷暴主要发生在夜间。本文主要研究海陆风对海南岛地闪活动的影响，寻找海陆风导致地闪活动特征的主要原因，以期帮助提高海南云地闪活动的预报能力。

1 数据和方法

地闪数据来自海南省气象局地闪定位监测网（共有5个测站，分别分布在海南岛的北部、东部、西部、南部和中部地区），资料年限为2007—2008年和2013年。地闪数据已经经过检验[10]，结果显示监测数据能够提供雷暴发生、移动路径等预报信息。

逐时地面风向风速数据来自海南省气象局中尺度气象自动站监测网。为了提高数据的准确率，如果某个自动站测得的风速与周围自动站相比，连续2 h以上出现极大或极小值，则该风速数据将被剔除。

雷灾数据来自海南省气象局雷灾数据库，数据库中的雷灾数据包括产生财产损失或人员伤亡的雷灾事件。由于存在漏报和错报的情况，数据库的数据可能存在不完整性。

2 海南地闪特征

监测数据表明，在2007—2008年4—9月，海南岛共测得到178483次地闪，其中175659次是负闪，占到云地闪的绝大多数，仅有2824次是正闪。

2.1 地闪分布总体特征

图1a 显示了2007—2008年海南岛春夏季（4—9月）云地闪的年平均分布密度，可见海南岛地闪活动呈现出内陆多、沿海少，东部多、西部少，北部多、南部少的分布特征。整体来看，北半部内陆地区的地闪活动要比其余地区频繁得多。图1b是2007—2008年春夏季（4—9月）海南岛白天发生地闪比例的年平均分布图，可见全岛大部分地区地闪主要发生在白天，西北部内陆地区和中部偏南山区是白天地闪发生最频繁的地区，大部分地区白天地闪发生的比例高达80%以上。然而南部沿海和西部沿海的大部分地区则呈现出相反的特征，地闪在夜间更为活跃，白天地闪发生的比例低于40%。

图1 2007—2008年春夏季（4—9月）海南地闪分布特征（a）地闪密度年平均分布；（b）地闪白天比例年平均分布Fig. 1 Distribution characteristics of CG lightning in spring and summer (from April to September) of 2007-2008 in Hainan(a) The average number of CG lightning strikes; (b) The average percentage of lightning occurrence during the daytime

2.2 月分布

图2显示了海南2007—2008年春夏季地闪密度分布的逐月平均变化情况。从图2a可以看出，地闪在4月开始变得活跃，而且集中分布在中部偏北地区（平均地闪密度为5～20 次/km2）；地闪活动在5—6月明显增加（图2b～2c），并在6月达到最为活跃的时期（大部分地区的地闪密度分布为1～15 次/km2）；和5—6月不同，海南岛东部沿海和南部沿海地区的地闪活动在7月明显减少；8—9月，全岛的地闪活动显著减少，仅有少量分散的地闪活动。这些特征和李凡等[11]的研究结果相似：海南岛地闪密度高值区位于西北部内陆地区和中部偏北地区。

2.3 日分布

图3给出了2007—2008年春夏季节海南地闪活动的逐3 h变化情况。由图可见，14—17时（北京时，下同）和17—20时分别是海南岛地闪活动最频繁和次频繁的两个时段，这个结果和李凡等[11]的研究结果相似，其研究结果显示，海南岛82.4%的地闪活动发生在13—20时。此外，郭冬艳等[4]的研究结果也显示，海南岛地闪灾害主要发生在下午（14—18时）。同时，一个重要的发现是，和大部分地区地闪主要发生在白天（特别是在下午）不同，南部和西部沿海地区的地闪在半夜和清晨较其他时段更为活跃。

图2 2007—2008年海南岛春夏季（4—9月）地闪密度逐月平均分布（a）4月；（b）5月；（c）6月；（d）7月；（e）8月；（f）9月Fig. 2 The monthly average number of CG lightning strikes per square kilometer in the spring and summer(April to September) in 2007 and 2008 over Hainan Island(a) April; (b) May; (c) June; (d) July; (e) August; (f) September

3 海陆风影响地闪活动个例分析

很多研究表明，海陆风对雷暴等对流天气有明显触发作用。如汪雅等[12]对2009年宁波地区的一傍晚次雷暴过程进行数值模拟，通过改变下垫面覆盖类型的敏感性试验，探讨了海洋和陆地下垫面对雷暴过程的影响。结果表明，雷暴发生前期，海风引起的抬升运动触发了雷暴，海风形成的强辐合区对应雷暴过程累积降水量的大值区。王彦等[13]对2007年8月13日渤海湾一次海风锋触发雷暴天气进行数值模拟，并和多普勒天气雷达的观测结果进行比较，结果显示多普勒天气雷达探测到在海风锋与阵风锋碰撞交叉处形成的雷暴天气，而数值模拟揭示了碰撞交叉处形成雷暴天气的物理量特征。

本小节对海南岛海陆风触发雷暴天气的几个个例做出分析，以下个例中，大尺度环境风场均为偏南风。

3.1 白天型（北部内陆地区）

2007年4月22日下午，海南岛北部内陆地区发生了一次由海陆风引发的较强雷电天气过程。根据海南省中尺度乡镇气象自动站逐时风资料显示，中午前后，海南岛北部内陆地区（距离海岸线约30～50 km）从海洋吹向陆地的偏北海风开始活跃起来，14时进一步加强，并与环境偏南风形成海风锋（图4a中蓝色弧线），接下来的2 h随着海风的继续增强海风锋变得更为明显（图4b～4c）；同时，从地闪资料来看，14时左右该地区开始出现地闪，在以后的2 h中地闪活动明显增加。据当地气象部门报告，在地闪活动最为活跃的16时左右，在地闪密集发生的区域一人因雷击死亡。

图3 2007—2008年春夏季海南岛地闪活动（红色）逐3 h分布（a）08—11时；（b）11—14时；（c）14—17时；（d）17—20时；（e）20—23时；（f）23—02时；（g）02—05时；（h）05—08时Fig. 3 The number of CG lightning strikes (represented by red) every 3 h during the spring and summer season of 2007-2008 over Hainan Island(a) 08:00 to 11:00 BT; (b) 11:00 to 14:00 BT; (c) 14:00 to 17:00 BT; (d) 17:00 to 20:00 BT; (e) 20:00 to 23:00 BT;(f) 23:00 to 02:00 BT; (g) 02:00 to 05:00 BT; (h) 05:00 to 08:00 BT

图4 2007年4月22日逐时风向风速、地闪变化（红色“-”和蓝色“+”分别代表负闪和正闪）（a）14时；（b）15时；（c）16时Fig.4 The hourly wind direction, wind speed and the flashes of three cases showing sea/land breeze fronts effect the lightning activities (The red “-” and blue “+” represent positive flash and negative flash, respectively)(a) 14:00 BT; (b) 15:00 BT; (c) 16:00 BT

3.2 白天型（东北部沿海地区）

2008年6月4日，海南岛东北部沿海地区发生了另一次由海陆风引发的较强雷电天气过程。根据海南省中尺度乡镇气象自动站逐时风资料显示，中午前后，该地区开始盛行偏北海风（图5a），14时左右，海风增强，与环境偏南风形成海风锋（图5b中蓝色弧线），同时该地区开始有地闪发生，15时左右地闪发生次数明显增加（图5c），据当地气象部门报告，15时左右，该地区雷击造成2人死亡。

3.3 夜间型（南部沿海地区）

夜间，陆地降温比海洋快，相同的机制下，由海洋吹向陆地的海风逐渐转为由陆地吹向海洋的陆风。在海南岛的南部沿海地区，白天海风为与环境风场一致的偏南风，夜间转为偏北陆风，可与环境偏南风产生辐合。图6为2007年5月27日凌晨，在南部沿海地区，由偏北陆风与环境偏南风辐合导致的一次雷电灾害天气过程。由图6a可见，03时，南部沿海地区的偏北陆风已经形成；04时，偏北陆风与偏南环境风辐合形成局地锋区（图6b），同时，在锋区附近开始有地闪活动；05时，锋区明显增强，该地区地闪活动变得密集，导致3人在5时30分左右因雷击死亡。

图5 2008年6月4日逐时风向风速、地闪变化（红色“-”和蓝色“+”分别代表负闪和正闪）（a）13时；（b）14时；（c）15时Fig.5 The hourly wind direction, wind speed and the flashes of three cases showing sea/land breeze fronts effect the lightning activities (The red “-” and blue “+” represent positive flash and negative flash, respectively)(a) 13:00 BT; (b) 14:00 BT; (c) 15:00 BT

图6 2007年5月27日逐时风向风速、地闪变化（红色“-”和蓝色“+”分别代表负闪和正闪）（a）03时；（b）04时；（c）05时Fig.6 The hourly wind direction, wind speed and the flashes of three cases showing sea/land breeze fronts effect the lightning activities (The red “-” and blue “+” represent positive flash and negative flash, respectively)(a) 03:00 BT; (b) 04:00 BT; (c) 05:00 BT

4 讨论

本文分析了海陆风对海南岛地闪活动的影响，并给出了几个典型个例，结果表明，在海南地闪频发的春夏季节，海陆风是造成海南岛大部分地区白天地闪活跃的原因之一，更重要的是，它是造成南部沿海地区夜间地闪比白天更为活跃的主要原因。这些发现对提高海南岛地闪活动的发生时间和落区预报准确率提供了一定的帮助，但如何将海陆风对地闪活动的影响进一步量化，如海陆风造成的阵风锋达到何种强度时易导致强地闪的发生，可预警提前量有多少等，都是有待我们进一步探讨的问题。