阜陽市地閃活動規律與災害風險區劃

趙居雙，李亞琴，李紫玉，厲從明

(阜陽市氣象局，安徽阜陽 236000)

阜陽市地處淮河中游，境內水資源豐富，有多條河流為淮河的重要支流。阜陽屬暖溫帶半濕潤性氣候，雨水充沛，旱澇、雷電、大風等氣象災害頻發。為準確把握阜陽市雷電災害活動規律，從而有針對性地采取防護措施，利用從安徽省閃電定位網獲得的阜陽市2010—2017年地閃資料，分析了阜陽地閃的時間、空間分布特征；通過對阜陽市地閃密度和地閃強度的空間分布進行疊置，得到了阜陽市雷電災害風險分布圖，對阜陽市的雷電災害監測、預報、防雷減災具有重要意義。

1 資料來源與分析方法

資料來源于安徽省閃電定位系統監測的阜陽市2010—2017地閃資料，每條地閃資料包括地閃發生的時間、地理位置(經緯度)、強度(正、負地閃)、陡度、誤差、定位方式和地閃發生地點等參數。采用地閃發生的時間、地理位置(經緯度)、強度參數，對地閃的正負比例和強度,時間、空間分布進行統計分析[1-3]。采用0.01°×0.01°網格化阜陽市地圖，分別統計落入網格的地閃頻次，再除以網格面積和統計資料年限長度，得出阜陽市年平均地閃密度，單位：次/(km2·a)。各網格的平均地閃強度是用所有落入網格地閃強度的絕對值之和除以落入網格地閃數得到的，單位：kA。利用雷電致災因子的空間分布疊置表征雷電災害風險的大小，來進行雷電災害風險區劃。通過層次分析法對致災因子進行分析，計算權重，加權綜合得到阜陽市雷電災害風險區劃圖。

2 地閃活動特征分析

2.1 基本特征

統計分析可知，阜陽市2010—2017年共發生地閃37 927次。其中正地閃1 683次，占總地閃的4.44%；負地閃36 244次，占總地閃的95.56%。負地閃的平均地閃強度為39.38 kA，正地閃的平均地閃強度為55.74 kA。圖1是阜陽市2010—2017年地閃強度分布圖。以10 kA為間隔，把強度≤200 kA的地閃分成20個區間，統計分析各區間內地閃占的出現頻率，由圖1可知，負地閃的強度主要集中在10～100 kA，占負閃總數的96.14%。正地閃的強度主要集中在10～150 kA，占正閃總數的96.73%。可以看出負地閃的離散度小于正地閃的離散度，負地閃的平均強度明顯小于正地閃的平均強度。

圖1 阜陽市2010—2017年地閃強度分布

2.2 時間分布特征

2.2.1 年分布 表1是阜陽市2010—2017年地閃頻次的年分布。由表1可看出，阜陽的年地閃總數呈明顯減少趨勢。2010年和2011年地閃頻次均多達1萬余次，2 a共占2010—2017年地閃總數的61.7%；2012年開始大幅減少；2014年以來每年都少于1 900次，2006年最少為11次；2017地次頻次有回升趨勢。從表1還可以看出阜陽市正負地閃占年地閃總數的比例年際差異較大，且正地閃的比例整體呈上升趨勢。

表1 阜陽市2010—2017年地閃頻次的年分布

次

2.2.2 月分布 表2是阜陽市2010—2017年地閃頻率的月分布。由表2可看出，阜陽6—10月是地閃的多發月份，占全部地閃的93.64%。集中發生在7、8月，占全部地閃的78.99%。夏季，地面溫度升高，水汽蒸發增多，對流活動明顯增多。1、12月沒有地閃發生。

表2 阜陽市2010—2017年地閃的月分布

%

2.2.3 日分布 圖2是阜陽市2010—2017年地閃日分布圖。按整點時段如01—02時，02—03時，……，逐小時統計了地閃的頻次。從圖2可以看出，在一天中，有兩個地閃高發時段，一個在07—08時，另一個在14—21時。04時前和10—13時間是地閃活動最少的時段，可以看出地閃活動大部分是發生在白天，尤其是午后。

圖2 阜陽市2010—2017年地閃頻次日分布

2.3 空間分布特征

2.3.1 地閃密度 圖3是阜陽市2010—2017年地閃密度的空間分布圖。從圖3可以看出，阜陽市地閃密度分布存在地域差異。其中，臨泉縣南部和西部地區、潁上縣南部地區地閃密度大于2次/(km2·a)，明顯比其他地方的地閃密度大；而臨泉縣北部和界首市、太和縣、阜南縣、潁上縣北部都是地閃密度較小的地方，地閃密度小于1次/(km2·a)，更多為0.5次/(km2·a)以下。出現這種地域差異，可能與下墊面有關。臨泉縣南部地區地勢稍高，且有地下水冒頭，水源充足，是多道河流的發源地，潁上縣東南部河湖眾多，水源充足，為對流活動提供了充足的水汽條件。

圖3 阜陽市2010—2017年地閃密度(單位為次/(km2·a))空間分布

2.3.2 地閃強度 圖4是阜陽市2010—2017年地閃強度的空間分布圖。從圖4可以看出，地閃強度的空間分布比較均勻，并不存在明顯的地域性。全市大部分地區的地閃強度都在30～60 kA，阜陽市區、潁上縣和太和縣小于30 kA的地閃稍多，臨泉縣中部、界首市中南部和阜南縣大于60 kA的地閃稍多。

圖4 阜陽市2010—2017年地閃強度(單位為kA)的空間分布

3 阜陽市雷電災害風險區劃

雷電致災因子包括地閃密度、地閃強度等氣象因子以及地形地貌等環境因子[4]。阜陽市地處皖北平原地帶，土壤類型相近，且地形地貌起伏較小，故不考慮土壤電導率、海拔高度和地形起伏差異等環境因子的影響。通過將阜陽市地閃密度和地閃強度空間分布疊置，可客觀地反應出阜陽市雷電災害風險的分布情況。運用層次分析法[5-8]，建立致災因子的判斷矩陣。考慮到阜陽平均地閃強度較小，認為地閃密度帶來的風險比地閃強度的稍大，故判斷矩陣

求得判斷矩陣的最大特征值λmax=2，一致性比率指標CR=0，則判斷矩陣的一致性是可以接受的。所以地閃密度與地閃強度的權重為ω。對阜陽市地閃密度和地閃強度空間分布柵格數據進行歸一化處理。利用MATLAB程序將地閃密度和地閃強度柵格數據歸一化到[0,1],按ω的權重進行加權計算，得到阜陽市雷電災害風險分布圖(圖5)。從圖中可以看出，阜南縣和潁上縣北部地區、界首市中部是雷電災害風險較小的地區，臨泉縣、太和縣、阜陽市區、阜南縣南部、潁上縣南部是雷電災害風險較大的區域。

圖5 阜陽市雷電災害風險分布

4 結論

(1)阜陽市負地閃占總地閃的96%左右，正地閃占4%左右；負地閃的平均強度39.38 kA，正地閃的平均強度為55.74 kA。地閃總數年際變化呈明顯減少趨勢。正負地閃占年地閃總數的比例年際變化較大，且正地閃的比例呈上升趨勢。

(2)阜陽的地閃集中發生在7、8月，占全部地閃的78.99%。日變化呈現兩峰兩谷型，07—08時、14—21時是地閃多發時段，04時前和10—13時間是地閃活動最弱的時段，地閃活動大部分發生在白天，尤其是午后。

(3)阜陽市地閃密度分布呈現地域差異，臨泉縣南部地區是地閃密度最大的地區，潁上縣南部、臨泉縣西部部分地閃密度也比較大。阜陽地閃的強度分布無明顯的地域差異。

(4)阜南縣和潁上縣北部地區、界首市中部是雷電災害風險較小的地區，臨泉縣、太和縣、阜陽市區、阜南縣南部、潁上縣南部是災害風險較大的區域。