下垫面对贵州闪电活动规律影响的分析

2021-12-11吴安坤

气象水文海洋仪器 2021年4期

李迪，吴安坤，陆扬

(1.贵州省气象灾害防御技术中心，贵阳 550002；2.贵州省大气探测技术与保障中心，贵阳 550002)

0 引言

闪电是发生于大气中的一种具有瞬时高电压、大电流、强电磁辐射特点的灾害性天气现象。闪电对国民经济建设有较大的危害，可造成人畜雷击死亡、毁坏建筑物、诱发森林火灾、毁坏电力设备，给人民生命财产造成严重威胁和损失。

近年来，随着闪电探测技术的不断发展，发现闪电活动存在明显的差异。大量研究发现，不同的下垫面是造成闪电活动区域性差异的重要原因。周筠珺等根据卫星的总闪和地面的地闪定位数据资料，通过统计得到，总闪多年平均分布是西北较少，而东南较多；李家启等利用ADTD地闪定位数据，对地闪电流幅值进行数理统计拟合，分析了重庆市地闪空间分布特征，发现在垂直方向上，海拔为300～500 m的地区地闪频次最高，海拔500 m以上地区地闪频次呈现随高度上升而递减的趋势；刘畅等利用2005—2008年四川地闪网测得的地闪数据对四川地区地闪特征进行研究发现，四川地区地闪密度分布与地貌特征有着密切联系，年平均地闪密度由川西高原、四川盆地、南部丘陵依次减少；浦仕保等对山东省闪电数据进行统计分析发现[1]，山东省的闪电密度与平均海拔高度呈正相关性；成鹏伟等依据北京市和成都市ADTD闪电定位资料进行统计分析[2]，北京地闪高发区以山地丘陵下垫面为主，成都地闪密度呈东南向西北方向逐渐减小；Boccippio、Prentice等根据全球闪电密度分析得出云地闪比值，发现该值与海拔高度分布有关。

文章利用贵州省闪电定位系统数据分析贵州闪电活动规律，结合贵州地理环境数据分析贵州闪电活动在不同植被及地表类型下的分布特征，旨在为贵州省不同地区防雷减灾工作提供一个可以因地制宜的参考依据。

1 资料来源及分析方法

1.1 数据来源

地闪数据：该数据来源于贵州省ADTD闪电定位系统。贵州省ADTD闪电定位系统于2006年开始建设，目前全省运行的闪电定位仪共有12套，基本实现对全省云地闪全天候实时监测。中心主站设备将ADTD闪电定位仪接收到的雷电数据实时进行交汇处理，给出每个闪电回击的准确位置、强度、陡度等参数。探测范围为200 km。文章所用地闪资料为剔除0～2 kA后的地闪数据。

地表覆盖数据：贵州省地表覆盖数据来源于清华大学的土地利用覆盖数据库。其空间分辨率为10 m，数据精度达75%。根据国际地圈生物圈(IGBP)分类方案，结合贵州土地覆盖特点，对一些相似类型进行合并，合并后文章将研究区域地表覆盖类型分为草原及灌木、耕地、建设用地、森林和湿地水域5种类型[3，4]。

1.2 研究方法

根据贵州省2017—2019年地闪数据，利用ArcGIS软件将研究区域矢量化，逐条提取地闪对应的土地覆盖类型，统计不同地表覆盖类型面上的地闪密度、强度及陡度的关系特点。

2 统计分析

2.1 地闪密度与地表覆盖类型的关系

草原及灌木、耕地、建设用地、森林、湿地水域5种地表覆盖类型分别占贵州省总面积的10.47%、24.930%、2.82%、59.97%、0.58%。根据逐条地闪提取的地表覆盖类型数据，统计各种不同地表覆盖类型的年均地闪次数，从而得到年均地闪密度值(表1)。

表1 不同地表覆盖类型的面积、年均地闪次数、年均地闪密度

从表1可以看出，不同地表覆盖类型的年均地闪密度的差异较为明显。建设用地的年均地闪密度值最高，达到9.42，主要是因为建设用地的人口密度大、楼房众多易出现城市热岛效应，有利于对流云团的抬升和闪电的发生；城市气溶胶浓度高也利于积雨云产生。其次，草原及灌木区域人类活动也较频繁，地表温度较高，所以闪电活动也很频繁。森林区域大多分布在高海拔地区，由于高海拔地区雷暴云的离地高度较低海拔地区近，闪电发生的临界击穿场强较小，有利于闪电发生过程中梯级先导优先发展，缩短闪击距离，增大闪击发生可能性。湿地水域的地闪密度相对最低，这与靠海省份的研究结果不同。贵州省湿地水域的地闪密度值低于陆地，这与雷暴云的电荷分布结构有关。

2.2 地闪强度、陡度与地表覆盖类型的关系

根据对贵州省闪电活动的特征分析，将0～20 kA强度等级的闪电定义为轻度闪电，20～50 kA强度等级的闪电定义为中度闪电，大于50 kA的闪电定义为强闪电。统计各种不同地表覆盖类型2017—2019年的总地闪次数，单位面积地闪次数、地闪强度、陡度的平均值(表2)。

表2 不同地表覆盖类的轻度闪电、中度闪电、强闪电次数及地闪强度、陡度平均值

为消除地表覆盖类型面积大小对研究值的影响，采用地闪密度值表征地闪各种强度大小在不同地表覆盖面的分布情况(图1)。

图1 不同地表覆盖类型闪电强度分布

从图1可以看出，不同强度的闪电在各地表覆盖类型上分布差异较大。各种地表覆盖类型闪电主要以轻、中度闪电为主。森林区域的强闪电密度值大，陡度也较高，森林大多分布在高海拔区域，这与之前研究的高海拔地区闪电频次高吻合。闪电强度大、陡度高，破坏力更强，所以森林区域容易发生雷击事故。建设用地因为受人类活动影响大，城市热岛效应高，所以轻中度闪电分布最多，强闪电密度值反而是5种不同地表类型中最低的。