川、甘地区航空器飞行区域闪电时空分布特征＊

喻伟，喻成，刘自牧，文雯

（1.航空工业成飞集团有限公司，四川 成都 610000；2.四川省气象服务中心，四川 成都 610000）

闪电，是云与云之间、云与地面之间的强烈放电现象，其在出现过程中会释放出强大能量，进而造成人员伤亡、电子系统损坏、火灾爆炸的事故，造成重大的经济损失和社会影响。全球每年因为雷电造成的人员伤亡超万人，造成的经济损失在10 亿美元以上[1]。闪电作为雷暴的重要组成部分，是目前航空活动中威胁飞行安全的重要因素，雷暴不仅会对航空飞行器的空中飞行带来危害，还会造成飞行器无线电通讯和电子设备故障[2-3]，因此，对于闪电的研究显得尤为重要。雷暴常伴有闪电、大风、强降水、下击暴流等危险天气[4]。气象上，对于大风、强降水的研究已较成熟，闪电由于发生时间极短、发生范围分散、数据难采集等因素，目前对闪电的研究也较有限。国内学者普遍认为，闪电活动多出现在沿海、山区、中尺度对流多发区和热带辐合带的辐合区内[5]。一些学者对中国闪电空间分布进行统计，划分出中国4 个雷电活跃区域，从高到低分别为华南地区、西南地区、华东地区、华北地区[6]。可见，在中国不同地区闪电的分布特征存在明显的差异，整体上中国闪电东多西少，南多北少，沿海高于内陆。而四川地区地形包含高原、山地、平原，地貌复杂，山脉的动力抬升作用加之四川多夜雨的特征，闪电活动特征与中国大部分地区有所区别。

一些学者对中国不同地区闪电活动进行研究，闪电定位资料较雷达资料在冰雹、雷暴等过程中有2 h左右的提前量；闪电多发生在人口密集的城市、高楼和硬化地面；与大气污染和城市热岛效应有关[7]，然而目前大部分学者由于闪电数据难采集，对闪电的研究多局限于闪电采集点，对于闪电的空间分布研究较为有限。

随着中国西南地区经济和科技的快速发展，航空事业对气象服务提出了更高的要求，尤其是雷暴天气服务，航空飞行器在雷电区飞行时云中的强烈扰动气流使飞机发生严重的颠簸，飞机甚至会处于无法操作的状态，增加了飞行员操作难度，闪电中强烈的雷暴电场会严重干扰或损坏飞机的无线电通讯或其他飞行电子仪器[8-9]。川、甘地区航空器飞行区域位于青藏高原东侧，由于高原高大地形的动力和热力效益，给高原东侧的气候带来较大影响，川、甘地区航空器飞行区域的闪电发生时空特征也较其他区域有所不同，由于闪电活动与对流活动之间的紧密联系，闪电活动可以作为研究区域对流活动的一个有效指标。与雷达和卫星观测相比，闪电探测网受地形影响较小，实时性强，覆盖范围广，有可能在川、甘地区航空器飞行区域对流活动的监测中发挥独特作用。为更好地提供航空气象保障，利用闪电定位资料来了解川、甘地区航空器飞行区域内闪电天气现象的分布特征，能在一定程度上提高航空气象预报员对雷暴天气的预报能力，为管制部门指挥飞机绕开雷暴区提供依据，为航空气象预报员在运行中建立闪电气候情景意识提供帮助。

1 资料与方法

本文研究的范围为26°N—34°N，100°E—109°E，包含了四川盆地、川西高原的东部、攀西地区以及甘肃的南部部分地区。闪电定位数据源于国家雷电监测网提供的云-地闪电观测数据。闪电数据年份为2010—2019 年，能较好地覆盖研究区域，闪电定位信息包含闪电发生时间、闪电强度、闪电波形坡度、闪电发生位置等，数据精度优于300 m，探测效率大于80%，数据时间分辨率为逐天。

本文采用数学统计方法，分析研究川、甘地区航空器飞行区域雷电活动的闪电频次，闪电发生的逐季、逐月、逐日变化特征和闪电活动的空间分布特征。

2 闪电活动的时间变化特征

2.1 川、甘地区航空器飞行区域闪电频次月变化

对2010—2019 年川、甘地区航空器飞行区域内闪电发生频次进行逐月统计，结果如图1 所示。由图1可知，区域内闪电呈现单峰特征主要集中在4—9 月，高发月份为6—8 月，闪电峰值出现在7 月，约361 万次。6—8 月空气中水汽充足，而温暖潮湿的上升气流是产生雷电的必要条件，同时夏季对流旺盛，有利于不稳定能量的增强，最终形成雷电。冬半年10 月至次年3 月发生闪电很少，但是每月均有闪电出现，这是因为冬半年温度较低，大气热力作为不明显，对流不强，但是当强冷空气南下时，也会出现闪电的现象，10 月较9 月闪电频次迅速减小，可能是因为10 月气温迅速转凉，大气中水汽量下降明显的缘故。

图1 2010—2019 年飞行区域内逐月闪电发生频次

2.2 川、甘地区航空器飞行区域内各季节闪电频次所占比例

飞行区域内各季节闪电发生频次所占比例如图2所示。由图2 可知，夏季闪电最多，占全年的68%；其次为春季，占全年19%；然后是秋季，占13%；冬季最少。夏季是川、甘地区航空器飞行区域闪电高发季节，冬季则很少有闪电活动，这是由于冬季气温普遍较低，并且大气干燥，对流较弱，大气运动的摩擦起电较弱，因此是闪电次数最少的时期。

2.3 川、甘地区航空器飞行区域闪电频次年变化

2010—2019 年飞行区域内闪电发生频次年变化如图3 所示。由图3 可知，川、甘地区航空器飞行区域内年均闪电发生频次为1 364 833 次。10 年中，闪电发生频次存在明显的年变化特征，其中2013 年闪电发生频次最高，为2 005 500 次；2015 年闪电发生频次最低，为982 579 次，闪电高发年数量为闪电低发年生产数量的1 倍以上。

图3 2010—2019 年飞行区域内闪电发生频次年变化

3 川、甘地区航空器飞行区域闪电空间分布

2010—2019 年飞行区域内闪电发生空间分布如图4 所示。由图4 可知，川、甘地区航空器飞行区域内，闪电空间分布存在明显的大值中心，大值中心位于盆地南部的泸州境内，大值区中心最高频次达50 万次，盆地南部大部分区域闪电频次在35 万次以上，闪电发生频次其次为盆地西部到中部、重庆中部和西部地区，发生频次为25 万～35 万次；盆地的其余区域发生闪电的频次明显减少，但仍然明显高于川西高原和攀西地区，发生次数为10 万～25 万次；攀西地区发生闪电的频次明显高于川西高原，维持在5 万～15 万次，其中攀西地区南部存在一个闪电相对高发区，共发生闪电25 万次；川西高原及四川北部地区闪电活动频次较低，为1 万～10 万次。

四川区域内年降水量空间分布如图5 所示。由图5可知，整个川、甘地区航空器飞行区域闪电活动频次与区域内强降水量较为一致，其中四川盆地西部到南部降水量较大，也对应闪电发生最活跃区域，具有较好的一致性。且闪电多活跃在复杂地形的过渡地带，这主要是由该地区地形地貌、日加热状况、下垫面情况和大气中水汽含量等因素共同决定的。而盆地与山区的过渡地带，由于盆地水汽充足，并且水汽向山区移动时，由于地形抬升作用，则有利于云内起电，形成雷暴。

图5 四川区域内年降水量空间分布

4 结论

本文对2010—2019 年川、甘地区航空器飞行区域闪电时空分布特征进行分析，得出的主要结论如下：①闪电的逐月发生频次呈现单峰特征，主要集中在4—9 月，高发月份为6—8 月，闪电峰值出现在7 月，为361 万次。10 月至次年3 月发生闪电很少，但是每月均有闪电出现。②各季节闪电发生频次所占比例区别较大，夏季闪电最多，占全年的68%，春季、秋季分别占全年19%、13%；冬季最少。闪电发生频次存在明显的年变化特征，高发年发生频次可以达到低发年的1 倍以上。③区域内闪电空间分布存在明显的大值中心，大值中心位于盆地南部的泸州境内。总体而言，闪电发生频次四川盆地多于攀西地区，川西高原最少。④闪电活动频次与区域内强降水量较为一致，四川盆地西部到南部降水量较大，也对应闪电发生最活跃区域，具有较好的一致性。