雷電發生與地形關系研究

唐 赟,湯 潔 ,徐夢穎 ,王山旗

（1.南京信息工程大學,南京 210000；2.江蘇省淮安市氣象局,江蘇 淮安 223001）

0 引言

雷電是一種伴有閃電和雷鳴的放電現象[1]。直擊雷和球形雷都會對人和建筑物造成危害。直擊雷就是在云體上聚集很多電荷，大量電荷要找到一個通道來泄放，有的時候是建筑物、鐵塔，或空曠地方的一個人。所以這些人或物體都變成電荷泄放的一個通道，受擊傷。由于許多人對雷電認識不足，防護意識不強，造成重大損失。據中國氣象局統計，我國每年將近1000人遭雷擊死亡，雷擊造成的直接經濟損失近10億元左右；雷電災害已成為危害程度僅次于暴雨洪澇、氣象地質災害的第三大災害[1]。蘇北響水縣老縣城是在臨近灌河邊的只有散戶居民的小集鎮基礎上建設的。基本上以群眾自建房為主，既沒有科學規劃更沒有考慮防雷，造成老城區幾乎每年都要出現雷電災害，給人民的生命財產帶來較大危害，居民“談雷色變”。

1 資料來源

發生雷電災害期間的氣象觀測資料由響水縣氣象局、響水縣水文局提供，航拍圖來源于網站。

2 雷災個例

選取近3年發生的典型案例，每年1個，具體如下：

案例1.2010年9月3日11:25-12:50，受臺風影響，老城區首先聞雷。雷聲大，瞬時出現稀疏大雨滴。響水鎮德路橋附近的老城區文化巷，某居民一輛摩托車在外面，家人怕淋雨，便拖進屋內。霎時，一聲巨響，一個拳頭大的火球雷從平房的屋頂，沿著坡陡屋檐滾下來，打在原來擺放摩托車位置上，瞬間，旋轉消失，全家人嚇得目瞪口呆。

案例2.2011年7月25日17:23-19:18，受強對流天氣影響，天氣燥熱。雷達顯示：塊狀云團由西向東，以30KM/S速度移動。響水縣城首先受到侵擾的仍然是老城區。強降水、大風伴隨炸雷先后影響。雷電在老城住區回旋，一個小足球大的紅色火雷球在陳氏家堂屋，環繞后爆炸，約六七秒后消失。幸虧留守老人在臥室，得以幸免。經檢查，電源插座開關燒焦，門燈打壞。同時，隔壁幾家鄰居電腦路由器、數字電視機頂盒被損毀。

案例3.2012年7月10日21:31-21:56，臺風倒橫槽影響，雷電，風雨交加。多普勒雷達分析，降水回波達36DBZ,在老城區上空緩慢盤旋。據當地居民反映：雷聲像火炮一樣，震耳欲聾。雷電從房屋掃過時，擊中高尖端的電視、基站天線，可以目擊天線被燒的通紅。經查縣保險公司資料，德路橋附近一條小街上十幾戶居民，電視機、電冰箱、有線電視路由器、機頂盒、小靈通基站天線遭雷擊損壞。

3 原因分析

3.1 雷電資料分析

雷電活動較頻繁。圖1是利用江蘇省雷電監測網2006～2010地閃資料得出的響水縣老城區中心位置周圍3.5km范圍內5年地閃密度等級圖。圖2是響水縣1971-2010年雷電來向頻率玫瑰圖。根據資料統計分析得到響水縣老城區中心位置周圍3.5km范圍內2006～2010的平均地閃密度約為2.146次/（km2·a），雷電活動較為頻繁。此外，根據響水縣1971年到2010年雷電來向資料統計得出響水縣雷電活動主要來向為西南、西北方位，出現的頻率之和為48.1%，而響水縣老城區正處于該方位范圍內。因此，較頻繁的雷電活動也是造成老城區雷災頻發的主要原因之一。

圖1 地閃密度等級圖

圖2 雷電來向頻率玫瑰圖

3.2 氣象條件分析

（1）850hPa形勢分析。2010年9月3日11:25，雷暴首先影響老城區，受影響時間時長25min。隨后雷電自西向東橫掃全縣，縣城出現了155mm的大暴雨伴有9.1m·s-1的東北風。高空850hPa、700hPa、500hPa三層溫差達9～10℃，導致了雷暴發生。

（2）500hPa形勢分析。2011年7月25日17:23 -19:18，副高南落，冷空氣東進。850hPa、700hPa槽前西南氣流增溫，出現大面積不穩定能量區，產生雷陣雨天氣。

（3）700百帕形勢分析。2012年8月10日8：20-16：38 受臺風海葵倒槽和冷空氣共同影響，響水縣出現了降水量達497.8mm的特大暴雨（歷史第二極值），并伴有17.7 m·s-1的東北大風。雷電從老城區穿過,影響達6.3hr。

（4）多普勒雷達和衛星云圖分析。從多普勒雷達和衛星云圖看，三次過程，相似“逗點”塊狀雷達回波，強度達35－55DBZ。沿灌河――大運河――老城區作反時針，緩慢繞行。這與地形和氣場分布相對一致。

圖3 2011年7月25日08時500hPa天氣實況圖

從上分析可見，雷暴強對流天氣發生時，大多自西向東移動或在西邊運動后消失。

3.3 雷電與環境關系分析

（1）特殊地形。河網稠密，距離湖泊、大型水庫等水體越近的地方，遭受雷電災害的風險越大[2]，雷電次數明顯增多，據有關資料統計可增多20%以上[3]。響水老城區依灌河而建。灌河由淮安流經沭陽、漣水、灌南、灌云、響水入海。河長約 110Km，高潮位寬約2km，低潮位約0.6km。其東北部為大片的鹽田與灘涂，老城區處于其腹部（圖4）。河堤和老式建筑物呈∧喇叭型分布，水體基準點至建筑物有20～50m高度，形成一個凸現的半圍式立體布局。灌河直接與黃海相通，受月球引力作用，形成潮起潮落，致使沿海沿河地區由于水面，充沛的水汽隨氣流上升，水域上空濕度增大，有利于對流活動發展[4]。灌河流徑響水縣呈∨字型，通榆大運河、唐響河、新沂河與80多條運輸、灌溉、排水河在這里匯交形成一個渦旋狀的喇叭口，地氣、水氣系統活躍。天氣系統由上游的西北向下游的東南移動時，如果灌河正好是落潮，則通榆河等幾十條河流順勢而下，作逆時針運動。可能受其上空濕度墻誘導，作氣旋性運動，與高空槽形成疊加，把水體水汽再次向積雨云內輸送，增加了動能。在∨字型底部為水汽通道彎曲和風切變最大處，能量積累達最大值。由于閃電通道中電荷密度分布不勻，通道彎曲的地方體電荷密度較高，在閃電過程中出現最亮的光斑，這可能是老城區較其它地方雷電多，強勢的主要原因之一。天氣系統主要自西向東入侵,在河流上空濕墻引導等作用下，過河立即加強，首先穿過老城區，使其成為雷電襲擊的首要門戶。

（2）建筑物孤立。響水縣年平均雷暴日出現天數，老城區26.7d，比新城區多5.3d,主要與新老城區與灌河的相對位置有關。1999-2001年，老城區沿線的灌河堤多次受風暴潮和雷電襲擊，（2000年出現24hr雨量達830mm）2003年，縣城南擴東移，加之灌河潰堤，老城區大面積拆遷，剩下的老住戶房屋，稀疏、孤立、凸現出來,雷災影響更加明顯。

（3）無防雷設施。老城區的房屋大多數是老式平房，少數是1～2層樓房，無避雷設施，室內的電源線、信號線等連基本的接地裝置都沒有。附近無高大建筑物，無避雷針（塔）避雷網線等設施，雷電流泄放物少，所以易發生雷電災害。

圖4 老城區與灌河的相對位置圖（衛星航拍）

4 結論與討論

（1）響水縣老城區多發雷電事件是由于特殊地理環境引起的，灌河河道與河堤、老城區建筑呈喇叭口，形成天氣系統過河后加強的現象，特殊地形形成了利于雷電天氣發生發展的條件。

（2）響水縣老城區依河而建，沒有科學規劃，建筑散亂，無防雷設施，形成了誘發雷電災害的條件。

（3）區域防雷的核心是建筑群防雷的科學規劃。要結合老城區改造，做好響水老城區防雷規劃。同時，加強防雷知識宣傳，讓居民認識到防雷的重要性。從區域防雷、建筑防雷、生活防雷入手，讓雷電災害從老城區走開，讓居民不再“恐”雷。

[1]陳謂民.雷電學原理[M].氣象出版社,2006:148-149.

[2]程向陽,謝五三,王凱.雷電災害風險區劃方法研究及其在安徽省的應用[J].氣象科學,2012(32):82-86.

[3]秦春明,曹磊,韓登武.石河子總場“5.27”雷災事故現場調查和成因背景分析[J].新疆氣象,2001,24(06):31-32.

[4]尹宜舟,沈新勇,陳謂民.雷暴天氣過程中地閃分布的診斷分析[J].氣象科學,2008,28(05):521-527.