梅州雷電危險性分布特征分析

郭青 曾東好 高國靖 劉導 曾惠娟

（1 廣東省梅州市氣象局，梅州 514021；2 廣東省平遠縣氣象局，平遠 514600）

0 引言

廣東省是雷電災害的高發區，大范圍雷暴天氣時有發生，部分地區雷電災害頻繁。對于雷電的研究，西方一些國家開展得較早，我國相關研究雖然起步晚，但不少學者也在這方面做了大量的研究工作[1-10]。當前尚未有對梅州地區雷電危險性的分析，本文利用1954—2013年梅州市近60年的年雷暴日和2002—2013年地閃資料，分析了梅州市雷電活動規律以及雷電活動的天氣學成因，通過對該地區雷電危險性的研究，旨在對今后的雷電預警發布提供參考，以期為該地區防雷減災提供科學依據。

1 資料及方法

本文的資料主要采用1954—2013年梅州市近60年的年雷暴日資料、2002—2013年的閃電定位資料及歷史天氣圖，通過數理統計等方法，分析了梅州市雷電活動規律及雷電發生的天氣學成因，基于年平均雷暴日和地閃密度資料對該地區的雷電活動進行了風險區劃。

2 雷電活動規律

2.1 雷暴年變化規律

梅州市年平均雷暴日有72.1 d（60年平均），屬于多雷區。最高年份可達108 d，最少年也有50 d，極值差異達2.16倍，由此可見，梅州雷暴日數年際間相差很大。初雷一般始于2月—3月中下旬，最早初雷日為1月4日（2016年）；終雷一般在10月，最晚終雷日為12月30日（1992年）。梅州市各年雷電活動大致呈現周期性變化，近幾年雷電活動頻繁度略有減少。

由梅州市年雷暴日距平曲線（圖1）可以看出，梅州市年平均雷暴日數在20世紀80年代前后發生了明顯變化，80年代中期以前為年雷暴日數正距平占優勢的多雷暴日階段，80年代中期以后的年雷暴日是負距平占優勢的少雷暴日階段。每10年雷暴日數大致減少2.13 d。

圖1 梅州市近60年年雷暴日年際變化曲線Fig. 1 Interannual variation curves of thunderstorm days in Meizhou during the last 60 years

2.2 雷暴空間分布規律

圖2 梅州市近60年年雷暴日空間分布圖Fig. 2 Spatial distribution of thunderstorm days in Meizhou during the last 60 years

圖3 梅州市近10年地閃密度空間分布圖Fig. 3 Spatial distribution of flash density in Meizhou in the last 10 years

由年雷暴日空間分布（圖2）和地閃密度空間分布（圖3）可知，梅州市雷暴空間分布特征呈明顯“中部高，四周低，南部高于北部”的趨勢，其中梅江區、梅縣區為全市的峰值區域，豐順縣、五華縣次之，平遠縣、蕉嶺縣為全市低值區域。

梅州地區屬于多雷區的主要原因是：1）梅州山多，地形造成的大氣動力抬升作用較強，下墊面相對比較復雜，受熱不均，容易產生熱力差異；2）梅州河流多，特別是各縣縣城，均有一條河流穿城而過，提供了充足的水汽條件。城區“四周環山，中間河流穿城而過”的特征，提供了動力和熱力條件，進而造成本地區對流活動強，常年多雷暴天氣。

2.3 雷暴季節變化規律

圖4 梅州市閃電的月平均分布Fig. 4 Monthly average distribution of lightning in Meizhou

由梅州市閃電的月平均分布（圖4）可知，梅州市各月閃電的分布規律基本一致，梅州市雷電活動月平均曲線呈現“單峰”特性，5—8月為每年雷電活動高頻月份，其中8月最強。夏季最多，冬季最少。造成這種季節、月分布規律的主要原因是：產生雷暴的必要條件是溫暖潮濕的上升氣流，春季開始，氣溫逐漸回升，熱力不穩定條件逐漸加強，對流活動活躍，夏季高溫使近地面層對流活動加劇，閃電頻次達到一年中的峰值，隨著秋季氣溫開始下降，熱力不穩定條件逐漸減弱，閃電頻次逐漸減少，而冬季大氣層結趨于穩定，強對流天氣難于形成，因此雷暴發生次數少。

2.4 地閃時分布規律

閃電的24 h分布規律只能借助于閃電定位系統的觀測數據，該區域地閃時分布曲線呈“單峰”型，主要活動時段為13—20時（北京時，下同），峰值區為14—19時，21時—次日12時的閃電頻次較低（圖5）。閃電的時分布規律基本與大氣的熱力對流活動規律相吻合。一般而言，中午12時開始，隨著氣溫不斷升高，熱力不穩定造成的對流活動不斷活躍，16時達到了一天中的峰值。隨著夜晚氣溫下降，大氣層結穩定，對流活動減弱，閃電頻次明顯減少。

圖5 梅州市地閃次數時分布圖Fig. 5 Distribution of ground flashover in Meizhou

2.5 雷電災害特征

近年來，梅州地區年平均雷電災害起數均在100起以上，直接經濟損失均達到100萬元以上。雷電災害主要集中分布在4—9月。其中，6月最嚴重，其次是8和7月梅州地區雷擊致人傷亡的事故偶有發生，并且多數出現在農村。

雷擊事故1： 2013年7月7日09：30—10：18左右，受強雷雨影響，廣東省梅州市豐順埔寨鎮采芝村發生一起雷擊事故。該村3名村民在埔寨鎮采芝村吳湖角栽種紅柚時，突然下起大雨，雷雨交加，3人在避雨亭躲避風雨時遭受雷擊，造成2死1傷。事故還同時造成避雨亭帽頂受損，避雨亭一根支柱底部被雷電流擊穿。

雷擊事故2： 2018年5月30日18時左右，五華縣受強雷雨云團影響，出現短時雷雨大風，潭下鎮柏洋村發生一起雷擊事故。該村一村民在自家天臺遭遇雷擊，經搶救無效，于30日21：50死亡。事故發生地房屋樓梯間天面石棉瓦受損、固定鐵絲燒毀，樓梯地面受損。

3 雷暴的危險性區劃

通過對影響雷電危險性的3種因子進行分析，結合各自對雷電危險性的影響程度，采用氣象學分析方法中經常用的分級統計方法[10]和加權綜合評價法（WCA）[11]對雷暴危險性等級進行劃分。

分級統計方法是依據各個縣（市、區）的地閃密度、平均雷電流幅值、年平均雷暴日，劃分出4個等級，具體方法是：將8個縣（市、區）的地閃密度、平均雷電流幅值、年平均雷暴日按由小到大排序，然后按照每組2個記錄，劃分為4組數據，將第1組數據中的最大值和第2組數據中的最小值的平均值作為第1個等級的最大值和第2個等級的最小值，將第2組數據中的最大值和第3組數據中的最小值的平均值作為第2個等級的最大值和第3個等級的最小值，以此類推，劃分等級。按照分級統計法將雷電危險性因子分為低危險區（0.2）、中等危險區（0.5）、次高危險區（0.8）、高危險區（1.0）4個等級。

加權綜合評價法是假設由于指標量化值的不同，而使每個指標對于特定因子的影響程度存在差別，其表達式為

式中，V(i，j)為評價因子的總值；Dij為雷電風險因子的等級值（0≤Dij≤1）；Wij為權重值（0≤Wij≤1），通過分級統計方法得出；n為評價指標個數。

結合專家打分法和劉三梅等[3]的建議，對主要影響危險性3個因子進行劃分，地閃密度認為對雷電風險影響最大（權重設為0.5），平均雷電流幅值影響次之（權重設為0.3），而年平均雷暴日影響最小（權重設為0.2），權重因子總和為1。表1為危險因子的區劃表。

由地閃密度、平均雷電流幅值和年平均雷暴日資料的危險性區劃結果（圖6）可知，梅州地區雷暴活動的高危險性區域位于梅州中部、五華中部以及豐順中南部地區，低危險區域位于北部地區，南部地區風險明顯強于北部地區。造成中部地區雷暴高危險的主要原因是地形和河流，梅江區、梅縣區四周環山，區域河網密布，有利于形成上升氣流，進而發展形成雷暴。而造成梅州南部地區，特別是豐順中南部處于雷電高危險區域的主要原因是地形差異，受豐順北部地區的蓮花山脈的影響，當南邊暖濕氣流受高山影響被迫抬升時，在山坡迎風的一側暖濕空氣爬升，到達一定高度因冷卻而形成雷雨云，所以造成梅州地區南面雷暴活動更頻繁。

表1 危險因子的區劃表Table 1 Risk zoning table of risk factors

圖6 梅州市近10年雷電危險性區劃圖Fig. 6 Lightning risk zoning map of Meizhou City in the last 10 years

4 天氣學原理分析

盡管在這方面已有部分研究工作[8-9]，但是有必要結合本地區實際對梅州市雷電發生時的天氣形勢進行歸納分析。具體天氣形勢如下：

1）東風波型[8]

當副高脊線位于28°N以北，梅州受低空信風和高空東風氣流控制，500 hPa上盛行的東風里有明顯自東向西移動的東風波，副熱帶高壓往往東退出海。此刻梅州地區熱力不穩定明顯，流場易造成大氣層結不穩定，多產生對流系統，引起雷暴。

2）西風槽之槽前型

500 hPa 華南有小槽東移，梅州上空轉受槽后西北氣流影響，由于前期受西南暖濕氣流控制，小槽過境對對流有觸發機制，梅州出現強對流天氣。地面受鋒面低槽影響，850 hPa切變線南下影響梅州上空，空氣中水汽充沛，多有輻合氣流或上升運動的低值系統，易產生大氣層結不穩定，在切變線上常出現雷電。

3）副高西伸加強型

副高脊線位于南嶺附近，梅州地區處于弱高壓區，850 hPa風場以偏南風為主且風速較大，呈氣旋性彎曲，地面受弱脊控制，地面氣溫高，有擾動出現時易出現強對流天氣。

4）熱帶環流影響

受熱帶氣旋影響，氣旋北側類似東風波結構的倒槽作用，在流場上表現為東南與東北氣流輻合，易發生雷電災害，而比較容易造成梅州地區雷電災害的臺風主要是粵東沿海登陸的臺風，其他地方的臺風影響主要是體現在風雨上，雷電影響不明顯。但是熱帶氣旋內的雷電活動一般具有間歇性活動特征，另外閃電密度通常在熱帶氣旋區域分布不均勻，隨著熱帶氣旋強度增強或減弱發生變化。

5 結論

1）梅州市60年雷電活動大致呈現周期性變化，近幾年雷電活動頻繁度略有所減弱；空間分布呈明顯的“南至北遞減的趨勢”特征，其中，梅江區、梅縣區最高，蕉嶺最低。雷暴的高風險區域位于梅州中部，低風險區域位于梅州北部，主要是受地形差異的影響。

2）梅州市雷電主要發生在4—9月。各年的雷電活動的月分布曲線以及時分布曲線呈明顯的“單峰”特性，6—8月為每年雷電活動的峰值區，其中8月最強；地閃主要活動時段為13—20時，峰值區為14—19時，其中16時段雷電活動最為強烈；21時—次日12時，閃電頻次較低。

3）雷暴高發期的天氣系統主要有東風波型、西風槽之槽前型、副高西伸加強型和熱帶環流影響。