湖南省雷電活動及雷災特征分析

（湖南省氣象災害防御技術中心，長沙 410007）

0 引言

雷電是大氣中強烈的超長距離放電過程，通常伴隨著強對流天氣過程而發生，是一種常見的自然現象。雷電因其強大的電流、炙熱的高溫、強烈的電磁輻射以及猛烈的沖擊波等物理效應能夠在瞬間產生巨大的破壞作用[1-3]，造成嚴重的人員傷亡和經濟損失。湖南位于長江中游之間、南嶺以北，地處云貴高原向江南丘陵和南嶺山地向江漢平原的過渡地帶，春季冷暖空氣交綏頻繁而劇烈，夏季晴熱高溫，多午后局地熱對流，這些氣候特點加之復雜的地形地貌使其雷暴活動較多，是全國多雷暴的省份之一，造成的雷電災害事故列全國第八位[4]。

近年來，國內對雷電活動和雷電災害特征的研究越來越多。黃肖寒、王學良、朱浩[5-7]等眾多學者分析了廣西、湖北、安徽等地雷暴氣候的統計特征，總結了雷電活動的年際變化、季節變化及空間分布等特征；陳濤等[8]學者利用湖南省地面觀測得到的雷暴資料（1971—2005年）及ADTD閃電監測定位數據（2006年4月—2007年7月），研究了全省雷暴及閃電活動特征，然而其歷史資料時序性較短。為此，本文基于全省97個地面氣象觀測站1956—2013年雷暴日觀測資料、2008—2017年ADTD閃電監測定位數據及2002—2017年雷電災害資料的基礎上，運用數理統計方法分析了湖南省雷電時空分布及雷電災害特征，同時對造成全省農村雷電災害的成因進行了總結分析，旨在能為以后的農村防雷提供參考。

1 數據和處理

雷暴日資料來源于湖南省97個地面氣象觀測站的1956—2013年（共58 a）雷暴觀測數據。在研究中，即在一天內（20時至次日20時），只要聽到1次或1次以上的雷聲就算是1個雷暴日，而不論該天雷暴發生的次數和持續時間[9]。湖南省年均雷暴日數為全省97個臺站歷年平均雷暴日數的均值。

雷電災害資料記錄了每次雷災發生的時段、地點、雷災起數、人員傷亡及財產損失情況，以及引起雷災的主要原因等。由于資料本身不全，如在某年部分區域缺失雷災記錄，同時某些農村地區存在封建迷信的思想和交通信息閉塞，還有部分雷災未上報，因此本研究得到的是雷災特征的不完全統計結果。

閃電監測資料源于湖南省ADTD型閃電監測網，該監測網由安裝在長沙、常德、邵陽、永州及郴州等地的10臺閃電定位儀組成，于2008年投入使用，監測覆蓋全省，能夠全天候、連續記錄雷電發生的時間、位置、強度、極性等參數。根據文獻[10]結論：云閃中具有小峰值電流（＜10 kA）可滿足云地閃探測標準而被閃電定位儀接受，故導致閃電定位儀探測記錄的閃電數量增多，因此要把電流強度小于10 kA的正地閃回擊去掉。

2 湖南省雷電活動特征

2.1 雷暴日特征

據湖南省1956—2013年雷暴日觀測資料，年均雷暴日數為49.9 d，運用最小二乘法計算年雷暴日數的趨勢定量變化，得出其一次線性方程為y=-3.493x-0.621，其中氣候傾向率為-3.493 d /10a，表明從1956年開始，湖南省年均雷暴日數在總體上呈現出緩慢的遞減趨勢，每10年減少約3.493 d。

雷暴出現最多的年份是1973年，為71.3 d，出現最少的年份是2011年，30.3 d。1989年之后，除1994年、1997—1998年雷暴日略高于年均雷暴日數以外，其他年份雷暴日數均低于年均雷暴日數（圖1）。

圖1 湖南省1956—2013年雷暴日變化趨勢Fig. 1 The inter-annual variation of thunderstorm days in Hunan from 1956 to 2013

湖南省雷暴日空間分布總體上湘南多于湘北、湘西多于湘東（圖2），湘北最低年均雷暴日為34.3 d，湘南最高達71.5 d。這種分布特征與地形關系密切，最強的雷暴活動帶在南嶺北部一線，次強雷暴活動帶與雪峰山脈平行，基本與山脈走向一致。根據湖南省行政區域分析，郴州、永州、邵陽及懷化等地雷暴日數較高，多于全省年均雷暴日數，常德、益陽、岳陽、湘潭、湘西土家族苗族自治州等地雷暴日數較低，少于全省年均雷暴日數。

圖2 湖南省雷暴日空間分布Fig. 2 Spatial distribution of the number of thunderstorm days in Hunan

2.2 閃電活動特征

根據湖南省2008—2017年的ADTD閃電監測定位數據，近10a觀測到的地閃回擊頻次年際變化明顯，全省平均每年觀測到的地閃回擊頻次約34萬次，其中2014年最多，達59萬次，2009年最少，僅19萬次（圖3），前者比后者的3倍還多。

圖3 湖南省2008—2017年地閃回擊頻次逐年分布Fig. 3 Yearly distribution of CG lightning return strokes in Hunan from 2008 to 2017

每年3月至9月為湖南省汛期，雷電活動較頻繁[11]。據閃電監測資料分析，一年中每個月均有雷電活動發生，1月、11月和12月發生最少，2月、10月次之，從3月開始雷電活動逐步加強，4—9月為雷電多發時段，其中7月、8月是雷電活動高峰期（圖4）。

圖4 湖南省2008—2017年地閃回擊頻次逐月分布Fig. 4 Monthly distribution of CG lightning return strokes in Hunan from 2008 to 2017

氣候定義每年3—5月為春季，6—8月為夏季，9—11月為秋季，12月至次年2月為冬季[12]。對不同季節的閃電進行逐時分布統計，結果表明，春季雷電活動兩個高峰值出現在02時、17時；夏季多集中在15—17時；進入秋季后，雷電活動相對于春、夏兩季急劇減少，但9月份仍有雷電活動，高峰期集中在15—17時（圖5）。

圖5 湖南省2008—2017年地閃回擊頻次逐時分布Fig. 5 Hourly distribution of CG lightning return strokes in Hunan from 2008 to 2017

根據觀測到的地閃回擊密度分布（圖6）可見，湘北多于湘南、湘西多于湘東，常德、婁底、岳陽、邵陽及湘西土家族苗族自治州等地的地閃回擊密度較為密集。

對比分析發現，全省地閃回擊密度的空間分布與雷暴活動的空間分布存在較大的差異，造成這一差異的主要原因是兩者的定義有所差別，因為根據地面觀測規定，一天內（20時至次日20時）只要聽到1次或1次以上的雷聲就算是1個雷暴日，而1個雷暴日中可能有數次、數百次甚至數萬次閃電。

圖6 湖南省地閃回擊頻次空間分布Fig. 6 Spatial distribution of CG lightning return strokes in Hunan

為了證實上述推測，本文基于ADTD閃電監測定位數據，定義一天內（20時至次日20時）只要觀測到1次閃電，就為1個閃電日，進而得出閃電日的空間分布（圖7）。通過對比發現，湖南省雷暴日活動高值區與閃電日高值區都集中在永州、郴州及懷化等地，兩者的空間分布規律總體上比較一致。

圖7 湖南省閃電日空間分布Fig. 7 Spatial distribution of lightning days in Hunan

3 湖南雷電災害情況

3.1 湖南雷電災害基本情況

據不完全統計，2002-2017年全省共計發生雷電災害事故2050起，造成人員傷亡共555人（其中城市因雷擊傷亡167人，農村因雷擊傷亡388人），直接經濟損失合計達22457.2萬元。其中2004年發生雷災事故最多，達288起，共造成65人傷亡，直接經濟損失3568.1萬元（圖8）。從全省雷電災害變化走勢看，2009年以來，全省因雷電災害造成人員傷亡、財產損失明顯減少。

圖8 湖南省2002-2017年雷災統計Fig. 8 Cases of lightning disasters in Hunan from 2002 to 2017

湖南省雷電災害事故起數存在著明顯的空間分布不均（圖9），岳陽、長沙、懷化及邵陽等地發生的雷電災害事故偏多，分別為23.7 起/a、15 起/a、11.5 起/a及11.3 起/a；湘潭和湘西土家族苗族自治州發生的雷電災害事故相對較少。這與全省地閃回擊密度的分布情況基本一致。根據雷災事故的發生地類型統計，雷災多發生在城市，雷災起數及經濟損失遠超過農村。

圖9 湖南省城市和農村雷災起數分布Fig. 9 Distribution of number of lightning disasters in Hunan

但是，通過對全省2002—2017年城市和農村雷擊傷亡總人數進行對比發現（圖10），農村因雷擊傷亡人數為388人，占全省雷擊傷亡總人數的70%；城市因雷擊傷亡人數為167人，占全省雷擊傷亡總人數的30%。由此可見，農村是雷災事故中人身傷亡的重災區，也是當前防雷減災的薄弱環節[13]。

圖10 湖南省城市和農村雷擊傷亡人數對比Fig. 10 Comparison of the number of lightning casualties in rural and urban in Hunan

3.2 湖南農村雷災成因分析

通過對全省農村雷電災害多發區域的走訪、調查，結合歷史農村發生的雷災事故，分析湖南農村雷電事故發生的原因，主要有以下幾個致災因素。

3.2.1 湖南農村建筑選址、結構特點與雷災的關系

湖南農村建筑的選址上，摸索出了一個適合人們居住的“風水寶地”的環境模式，即以背山面水（或依山傍水），左右兩邊圍護為理想格局的模式[14]。這種山水相伴的自然環境里，水汽能源源不斷的從周遭環境中得到補充，大氣中水汽較周邊環境更為充足，氣候、氣溫、氣壓又隨著山勢變化顯著，局部大氣對流的強度比較大，對雷雨云的形成提供了足夠多的條件。在湖區，由于水面的寬闊、平坦，水的良導電性，加大了農村民居的雷擊發生概率；在山區，獨有的立體小氣候特征，特別是山地的抬升作用，很容易就導致了局部對流云系的發展，加大了雷擊發生的概率。因此，湖南農村民居的選址為農村地區雷擊多發埋下了種子。

其次，湖南農村建筑多為木質、磚混、鋼混結構，多數有屋脊，屋脊部位高聳突出屬于易遭受雷擊部位，在農村雷災中較為普遍。

3.2.2 農村生活習慣與雷災的關系

湖南農村傳統的“日出而作，日落而息”的農業生產和生活方式一直還在延續，人們大多數時間在田頭地間、湖泊水邊勞作。據文中圖5分析，湖南春、夏季節雷電活動多集中在15—17時，該時段正是農民在戶外或田間進行勞作的時候，當雷雨天氣發生時，農民來不及躲避，或在附近的樹下、野外簡易的工棚及草屋等地躲雨，極易遭受雷擊造成傷亡。

3.2.3 農村經濟發展與雷災的關系

目前，湖南農村開始由“傳統”走向“現代”，農村也開始追求“文明、健康、休閑、科學”的和諧新生活模式，電腦、電視、太陽能熱水器等家用電器進入了尋常百姓家，但由于農村防雷基礎設施投入不足，電力線、有線電視線、電話線及網絡線等都是由較為空曠的農田里電桿架空支撐引入，一旦雷電擊中這些架空線纜或是擊中附近區域，雷電流以及感應過電流就會通過線纜引入到室內，嚴重威脅著室內電器設備和人員的安全。

4 小結

1）湖南年均雷暴日數為49.9 d，總體上呈現出緩慢的遞減趨勢，每10年減少約3.493 d。

2）湖南近10年觀測到的地閃回擊頻次年際變化明顯，全省每年觀測到的回擊頻次平均約34萬次，其中2014年最多，達59萬次。

3）每年3月開始雷電活動逐步加強，4月至9月為雷電多發時段，其中7月、8月是雷電活動高峰期。逐時分布呈現單峰型分布，多發生在下午時段，具體主要集中在15—17時。

4）通過對比發現，湖南雷暴活動與地閃回擊密度的空間分布存在較大差異，雷暴日空間分布總體上呈現湘南多于湘北、湘西多于湘東；地閃回擊密度分布總體上呈現湘北多于湘南、湘西多于湘東，常德、婁底、岳陽、邵陽及湘西土家族苗族自治州等地的地閃回擊密度較為密集。雷暴日活動和雷電日分布規律總體上比較一致，高值區都集中在郴州、永州、邵陽及懷化等地。

5）岳陽、長沙、懷化、邵陽等地發生的雷電災害事故偏多，湘潭和湘西土家族苗族自治州發生的雷電災害事故相對較少。

6）全省因雷擊造成的人員傷亡，大部分發生在農村。其主要原因是，農田附近缺乏必要的避險場所，以及農村的各類建（構）筑物缺少雷電防護措施 。