2009—2018年荊門市閃電時空分布特征分析

何歡 趙碧云 何盛浩 李鑫

摘要 利用湖北省二維閃電定位系統2009—2018年的云地閃電資料，分析了荊門市閃電時空分布特征。結果表明：荊門市云地閃以負閃為主，占93.35%，平均電流強度正閃明顯高于負閃;閃電活動主要集中在7—8月和13：00—02：00時段內，負、正閃次數的比值在全年和全天存在明顯差異;十年間荊門市閃電活動呈現顯著逐年下降趨勢，電流強度有逐年小幅上升的趨勢;閃電密度空間分布呈西北至東南走向逐漸減小的特征。

關鍵詞 閃電;時空分布;荊門

中圖分類號：P427.32 文獻標識碼：A 文章編號：2095-3305（2020）02-052-04

DOI： 10.19383/j.cnki.nyzhyj.2020.02.021

Temporal and Spatial Distribution of Lightning in Jingmen between 2009 and 2018

HE Huan? et al（Jingmen Meteorological Service，Jingmen，Hubei 448000）

Abstract The temporal and spatial distribution of lightning in Jingmen were analyzed with the data from the 2D lightning detection and location system of Hubei Province between 2009 and 2018. The results showed that，major cloud to ground lightning in Jingmen was negative with a proportion of 93.35%，but the average current intensity of positive lightning was obviously higher than negative. Lightning concentrated on July to August and 1 p.m. to 2 a.m. daily. There were large differences with the ratio of negative and positive lightning in the daily and all the year round. Lightning in Jingmen markedly declining while the current intensity slightly rising year by year in the 10 years. The spatial distribution of lightning density showed a character of reduction from the northwest to southeast.

Key words? ?Lightning;Temporal and spatial distribution;Jingmen

云對地間的閃電對國民經濟建設有較大的危害，常對地面建筑物或其他設施造成雷電災害，甚至人員傷亡[1]。隨著社會經濟的發展，閃電所造成的損失日趨嚴重。目前國內氣象工作者[1-5]對全國各地區雷電氣候特征研究較多。然而閃電的區域特征非常明顯，荊門市整體閃電時空分布特征如何，與其他區域分布特征有無異同，尚不知曉。為此，文中利用布設在荊門及其周邊地區的二維閃電定位儀組成的聯合閃電監測定位系統獲得的閃電資料，對荊門市云地閃電資料進行統計分析，旨在進一步揭示荊門市云地閃電時空分布特征，以期為今后更好地開展雷電監測預警、雷電災害防御提供參考依據。

1 資料來源與統計方法

1.1 資料來源

湖北省ADTD雷電定位系統于2006年建成，包含13個雷擊探測子站[6]，該系統是由中科院空間科學與應用研究中心研制，主要用于探測云地閃，單站探測范圍約為150 km，組網后網內理論定位精度優于300 m，雷電流幅值和波頭陡度值采用多站信號強度歸一化（100 km）處理方法[7-8]，該系統從投入業務運行至今實際運行性能良好。圖1可見荊門市本地及其周邊均布設有子站，不存在邊緣地區，閃電理論探測效率高，數據質量好，為準確的統計分析奠定了基礎。文中采用2009—2018年ADTD云地閃閃電資料，每個閃電資料包括閃電時間、地理經緯度、極性和閃電峰值電流強度這4個主要參數。

1.2 統計方法

統計分析時，先將雷電流強度絕對值大于500 kA的異常閃電資料剔除[2];依據荊門市的行政邊界，統計邊界內1 d中不同時段正負閃電發生的累計次數和平均強度（如01時表示01：00—01：59），統計邊界內一年中不同月份正負閃電發生的累計次數和平均強度;將荊門市及其周邊區域劃分為0.2°×0.2°網格，統計每個網格點上正、負閃電的累計次數，與網格面積的比值制作單位面積的年均閃電密度分布圖。

2 結果與分析

2009—2018年荊門市行政區域內共監測到云地間閃電235 763次，其中負閃220 079次，平均強度-34.7 kA，占閃電總數的93.35%;正閃15 684次，平均強度46.2 kA，占閃電總數的6.65%，與其他學者統計數據基本相似。由于正、負閃比例具有一定的南北分布差異[3-5]，其中負閃占比很高的主要原因是大多數積雨云上部帶正電荷，云體下部帶負電荷，因此，云層與地面之間的放電絕大多數為負閃電，導致負閃占絕對優勢[9]。

2.1 日變化

荊門市行政區域內正、負閃次數和強度日變化趨勢如圖2a、b所示，負閃和正閃變化趨勢基本一致，呈現單峰型結構，主要發生在13：00—02：00時段內，午后至上半夜次數明顯較多，下半夜至上午顯著減少，一日中08：00—11：00時閃電發生達到谷底。其中17時在10年間總閃電次數為17 411次，達到頂峰，也就是午后觸發熱對流后，發展到此時，達到最為旺盛的階段;同時還注意到，02時也出現了相對的1個小高峰，此后閃電發展就急劇衰減。

另外，負、正閃日變化存在一定差異。從圖2c可見，兩者次數的比值也呈現出單峰型結構，13：00—17：00比值最高，其中14時為波峰，是正閃的21.9倍，這一日變化趨勢與一般的氣溫日變化較類似，即氣溫相對較低的夜間至上午時段，比值低，氣溫相對較高的下午，比值高，造成這一現象的原因可能是午后能量充足，熱對流發展較其他時更為段旺盛，云砧發展較高，帶正電的云頂部距離地面更遠，更不易發生閃電，加之此時較強的雷暴云云底則更多的出現負閃，使比值偏高。從圖2d可見，兩者電流強度存在明顯不同，正閃強度在24個時次均大于負閃強度;負閃強度趨勢變化不明顯，正閃強度略有變化，最大出現在9時，為64.1 kA。

2.2 月變化

圖3a、b給出了1—12月閃電頻次變化曲線。因夏季能量充足，熱對流發生頻繁，閃電頻次在7—8月最多，總共達到174 845次，占閃電總次數的74.2%;1、12月最不易發生閃電;另外注意到在4、11月分別出現了小峰值，這2個月分別對應著季節轉換的月份，冷暖交匯也易發生閃電活動。因1、12月閃電次數很少，不具有統計學意義，圖3c、d給出2—11月負正閃次數比值和平均強度變化曲線。由圖3c可見氣溫較高的6、7、8月比值在高，負閃占比更大，但是2、11月也是相對高點，這2個月氣溫較低，和前文日變化有區別的原因可能是冬季發生的閃電一般為高架雷暴產生，雷暴云距離地面更高，導致正閃電發生數占比降低;由圖3d可見，負閃各月變化幅度不大;除9月電流強度負閃（42.3 kA）略大于正閃（41.8 kA）外，其余各月正閃都顯著偏大，2、3月正閃電流最大，分別為61.7、64.5 kA。

2.3 年變化

由圖4a、b可見，負閃次數呈現明顯的逐年下降趨勢，且變化幅度大;而正閃變化區間為891～2 311次，變化幅度相對較小。2009—2018年，荊門市閃電最為活躍的年份為2010年，總閃電次數達到52 270次，最不活躍年份為2017年，僅6 536次，2年相差近8倍，年際變化幅度非常大（圖4c）;同前文一致，正閃電流強度明顯大于負閃，另外，兩者的年平均電流強度有逐年小幅度上升的趨勢（圖4d）。

2.4 空間分布

閃電密度分布相較于雷電日統計更加科學、合理，是指每年每平方千米的面積上發生閃電的次數[10]，文中統計數據為云地閃電，即每年每平方千米的面積上雷擊大地的次數。

根據統計荊門市閃電分布不均，變化幅度較大，在1～4次/km2·年之間變化，極大值區出現在荊門市西北部的東寶區漳河水庫西部及馬河鎮附近，達到3～4次/km2·年，其次是荊門市西北部和北部的大洪山區域，為2.5～3.0次/km2·年，然后總體呈西北至東南走向逐漸減小，荊門市東南部行政區邊緣為最小值區域，為1.0～1.5次/km2·年（圖5a），總體來說山地區域較平原區域閃電密度更大;因為負閃占總閃比例高，負閃密度分布圖與總閃基本一致;正閃密度分布圖與負閃差異較為明顯，其分布變化幅度較小，極大值區主要位于荊門市西部至西南部區域，為0.15～0.20次/km2·年，荊門市東部為小值區，為0.05～0.10次/km2·年（圖5b）。

3 結論

基于2009—2018年的二維閃電定位系統云地閃電資料，分析荊門市閃電時空分布特征，所得結論如下：

（1）荊門市云地閃以負閃為主，占93.35%，平均電流強度正閃明顯高于負閃。

（2）負閃和正閃日、月變化趨勢基本一致，呈現單峰型結構，主要發生在13：00—02：00和7—8月;負閃與正閃比值也存在日、月變化，13：00—17：00和2、6、7、8、11月負閃占比較高。

（3）正閃活動年際變化幅度不大，負閃電活動呈現顯著逐年下降趨勢，正、負閃電流強度有逐年小幅上升的趨勢。

（4）閃電密度空間分布呈西北至東南走向逐漸減小的特征，大值區位于荊門市西北部，達到2.5～4.0次/km2·年，荊門市東南部行政區邊緣是小值區域，為1.0～1.5次/km2·年;正閃密度分布圖與正負閃差異較為明顯，整體變化幅度較小，大值區主要位于荊門市西部至西南部區域，東部為小值區。

參考文獻

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責任編輯：劉赟