承德市閃電定位系統的閃電活動及特征參數分析

童俊

摘 要：該文利用承德市ADTD型閃電定位儀提供的探測資料，采用ArcGis和Excel兩個軟件的統計分析功能對承德地區雷暴日、雷電流幅值、雷擊大地密度、正負閃概率和波頭陡度等閃電活動特征進行分析，得出雷電的大概分布規律，為研究當地雷電分布規律、雷電預警、雷電防御、雷災調查及鑒定、建筑物雷電風險評估及建筑物防雷設計等工作提供了科學的參考依據。

關鍵詞：閃電定位系統 閃電活動 特征參數分析

中圖分類號：P42 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）07（a）-0062-04

承德位于華北和東北兩個地區的過渡地帶，四周環山，地勢由西北向東南階梯下降，年平均雷暴日數高達40多天，屬于高雷區，雷電災害性天氣頻繁，每年都會造成一定的人員傷亡和巨大財產損失，而且隨著經濟的快速發展，雷電災害的發生率呈上升的趨勢，其造成的影響越來越大，雷電災害越來越為人們所關注。鑒于雷電災害的危害越來越大，特提出對承德地區雷暴日、雷電流幅值等閃電活動特征進行分析，研究當地雷電分布規律，為雷電防御、建筑物雷電風險評估及建筑物防雷設計等工作提供了科學的參考依據。

1 數據來源與分析方法

1.1 數據來源

承德市一共有3個ADTD型閃電定位儀，位于承德市區、豐寧和圍場，組成來自于承德市地面觀測站，該文采用2013年的資料，雷擊次數多，雷擊范圍廣。

1.2 分析方法

（1）利用ArcGis的數據分析功能。

（2）利用Excel中的統計分析功能。

2 人工觀測的雷暴日和閃電定位資料統計的雷暴日對比分析

閃電定位儀能對雷電的發生進行有效的記錄，數據包括雷電發生時間、經緯度、強度、極性、上升陡度等，對雷電監測提供了比人工觀測資料更為科學、合理的數據，可信度更高。閃電定位儀記錄的雷擊點分布如圖1所示，根據圖1得到的各地區的雷暴日如表1所示，豐寧和平泉雷暴日數最多，隆化雷暴日數最少，且全市范圍內1月、2月、11月和12月無閃電發生。

該文采用一種新的檢驗方法，不使用各個地區的雷暴統計，而是以人工觀測站點為中心，半徑30 km為圓心，將這個圓區域范圍內出現的閃電定位資料與人工觀測到的雷暴日進行對比分析，如圖2所示。通過圖2分析得出2013年閃電定位儀觀測到的閃電日比人工觀測的雷暴日數明顯偏多，偏多最大的為平泉，兩者相差49天，其次是承德和寬城，相差43天，偏差最小的是隆化，閃電定位儀觀測閃電日比人工觀測雷暴日多14天。閃電定位儀觀測的閃電日比人工觀測的雷暴日多，究其原因在于閃電定位儀觀測為該地區的落雷日，不管雷聲大小，只要有落雷就能被儀器探測到；而人工觀測到的雷暴出現范圍僅限于20～30 km，出現在≥30 km的落雷一般是無法觀測和記錄到的，且同時發生不伴有雷聲的閃電時，人工觀測的漏測可能性很大，人工觀測存在一定的客觀性和局限性，因此閃電定位儀監測的雷暴日比人工觀測的雷暴日多是合乎道理的。

3 閃電次數與雷電流極性

承德市2013年的年總閃數為136 005次，其中正閃為6 406次，僅占總閃數的4.7%，負閃占95.3%，說明承德市內的閃電主要以負閃為主。從幅值上看，正閃的幅值均值為42.0 kA大于負閃的幅值均值6.0 kA。另外，從月總閃數分布圖圖3可以看出，承德市閃電主要發生在6～9月，且8月閃電總次數最多，為82 712次。

4 基于閃電定位的雷擊大地密度及分布

雷擊大地密度即為每平方公里雷擊大地的次數Ng，即定義為一年當中單位地表面積上所出現的地閃數，則得出計算公式如下：

雷擊大地密度≈閃電定位記錄的一定區域內的總閃數/該區域的面積

利用承德市2013年的閃電定位記錄的9個市縣的總閃數，按定義計算雷擊大地密度，得到如表2所示的數據。

從表2可以看出，由定義計算的承德市各地區的雷擊大地密度值在1.82～9.52，其中平泉最高為9.52，寬城和承德次之，圍場最低為1.82。如圖4所示，位于承德市東南部的平泉和寬城雷擊大地密度最高，位于承德市西北部的豐寧和圍場最低，雷擊大地密度的大概特征就是從東南向西北遞減，東南最高，中部次之，西北最低。

雷擊大地密度與雷暴日之間的關系與地形、氣候、緯度等多種因素有關，如果雷擊大地密度與雷暴日的關系的簡化數值關系可以用線性系數k表示的話，那么基于閃電定位的資料，利用已知雷擊大地密度和雷暴日的基礎上，求兩者的比值，得到它們之間的關系表如表3所示。

由表3可以看出，圍場和豐寧地區的雷擊大地密度與雷暴日的比值最小，也就是說，圍場和豐寧地區的每個雷暴日落雷次數最少，而平泉和寬城地區的雷暴日與落雷次數的相關性要好一些。

5 雷電流幅值雷擊概率

雷電流的幅值是表征雷電流強度的重要參數，對承德市的年雷電流幅值雷擊概率分段做統計。將雷電流幅值分為4個區間，分別以20 kA、40 kA、60 kA為分區點，從累積概率曲線上找到相應的概率分布值，記錄如表4所示。

對表4中的數據進行加工整理可知，承德市2013年發生的所有閃電中，雷電流幅值小于20 kA的占51%、20～40 kA的占39%、40～60 kA的占7%、大于60 kA的占3%，如圖5所示。

根據分析可知，承德市雷電流幅值主要分布在0～40 kA，且每個月雷電幅值均值在17～31 kA，對每個月的雷電流幅值取雷擊平均值，得到總的幅值平均值為23.28 kA。

6 結論

（1）承德市各地區的雷暴日，豐寧和平泉最多，隆化最少，且全市范圍內1月、2月、11月和12月無閃電發生。比對了人工與閃電定位觀測的雷暴日數，分析了閃電定位儀監測比人工觀測的雷暴日多的原因。

（2）承德市全年總閃電數中，負閃遠大于正閃，但正閃的幅值均值遠大于負閃的幅值均值。此外，從閃電發生次數上看，承德市閃電主要發生在6～9月，且8月閃電總次數最多。

（3）雷擊大地密度的大概特征就是從東南向西北遞減，東南最高，中部次之，西北最低。分析了雷擊大地密度與雷暴日的關系，圍場和豐寧地區的每個雷暴日落雷次數最少，而平泉和寬城地區的雷暴日與落雷次數的相關性要好一些。

（4）承德市雷電流幅值主要分布在0～40 kA，且每個月雷電幅值均值在17～31 kA，總的幅值平均值為23.28 kA。

參考文獻

[1] 楊國鋒，湯達章，劉曉，等.一次強風暴天氣閃電定位資料與雷達資料的綜合分析[J].氣象科技，2005，33（2）：167-172.

[2] 馬金福，馮志偉.雷擊地閃密度與雷暴日數的關系分析[J].氣象科學，2009，29（5）：674-678.

[3] 易燕明，楊兆禮，萬齊林.廣州市閃電密度特征分析[J].資源科學，2006，28（1）：151-156.

[4] 何暉，李宏宇.北京地區閃電特征初探[J].氣象科技，2005，33（6）：496-500.

[5] 蔡曉云，宛霞，郭虎.北京地區閃電定位資料的應用分析[J].氣象科技，2001，29（4）：33-35.