海南島地閃活動的時空特征與海陸風關系

郭冬艷 陳紅 陳有龍 李凡

（1 海南省氣象臺，海口 570203；2 海南省南海氣象防災減災重點實驗室，海口 570203）

0 引言

海南島是中國雷擊災害發生最頻繁的地區之一[1-3]。理解一個地方的閃電活動特征及其形成條件是做好當地閃電活動預報的基礎。目前，世界范圍內已經開展很多關于如閃電密度分布、閃電日變化特征和海陸風對閃電影響等方面的研究[4-7]。例如，印尼群島沿海地區的雷暴多發生在下午，山風加強陸風的輻合，導致了馬六甲海峽和非洲大湖夜間和清晨雷暴的發生[8]。郭冬艷等[9]發現海陸風是導致海南島大部分地區雷暴在夏季的下午發生最為頻繁的原因之一，主要原因是偏北海風和大背景偏南風的輻合；然而，在南部的三亞地區，夜間偏北陸風和環境偏南風產生輻合，導致三亞地區雷暴主要發生在夜間。本文主要研究海陸風對海南島地閃活動的影響，尋找海陸風導致地閃活動特征的主要原因，以期幫助提高海南云地閃活動的預報能力。

1 數據和方法

地閃數據來自海南省氣象局地閃定位監測網（共有5個測站，分別分布在海南島的北部、東部、西部、南部和中部地區），資料年限為2007—2008年和2013年。地閃數據已經經過檢驗[10]，結果顯示監測數據能夠提供雷暴發生、移動路徑等預報信息。

逐時地面風向風速數據來自海南省氣象局中尺度氣象自動站監測網。為了提高數據的準確率，如果某個自動站測得的風速與周圍自動站相比，連續2 h以上出現極大或極小值，則該風速數據將被剔除。

雷災數據來自海南省氣象局雷災數據庫，數據庫中的雷災數據包括產生財產損失或人員傷亡的雷災事件。由于存在漏報和錯報的情況，數據庫的數據可能存在不完整性。

2 海南地閃特征

監測數據表明，在2007—2008年4—9月，海南島共測得到178483次地閃，其中175659次是負閃，占到云地閃的絕大多數，僅有2824次是正閃。

2.1 地閃分布總體特征

圖1a 顯示了2007—2008年海南島春夏季（4—9月）云地閃的年平均分布密度，可見海南島地閃活動呈現出內陸多、沿海少，東部多、西部少，北部多、南部少的分布特征。整體來看，北半部內陸地區的地閃活動要比其余地區頻繁得多。圖1b是2007—2008年春夏季（4—9月）海南島白天發生地閃比例的年平均分布圖，可見全島大部分地區地閃主要發生在白天，西北部內陸地區和中部偏南山區是白天地閃發生最頻繁的地區，大部分地區白天地閃發生的比例高達80%以上。然而南部沿海和西部沿海的大部分地區則呈現出相反的特征，地閃在夜間更為活躍，白天地閃發生的比例低于40%。

圖1 2007—2008年春夏季（4—9月）海南地閃分布特征（a）地閃密度年平均分布；（b）地閃白天比例年平均分布Fig. 1 Distribution characteristics of CG lightning in spring and summer (from April to September) of 2007-2008 in Hainan(a) The average number of CG lightning strikes; (b) The average percentage of lightning occurrence during the daytime

2.2 月分布

圖2顯示了海南2007—2008年春夏季地閃密度分布的逐月平均變化情況。從圖2a可以看出，地閃在4月開始變得活躍，而且集中分布在中部偏北地區（平均地閃密度為5～20 次/km2）；地閃活動在5—6月明顯增加（圖2b～2c），并在6月達到最為活躍的時期（大部分地區的地閃密度分布為1～15 次/km2）；和5—6月不同，海南島東部沿海和南部沿海地區的地閃活動在7月明顯減少；8—9月，全島的地閃活動顯著減少，僅有少量分散的地閃活動。這些特征和李凡等[11]的研究結果相似：海南島地閃密度高值區位于西北部內陸地區和中部偏北地區。

2.3 日分布

圖3給出了2007—2008年春夏季節海南地閃活動的逐3 h變化情況。由圖可見，14—17時（北京時，下同）和17—20時分別是海南島地閃活動最頻繁和次頻繁的兩個時段，這個結果和李凡等[11]的研究結果相似，其研究結果顯示，海南島82.4%的地閃活動發生在13—20時。此外，郭冬艷等[4]的研究結果也顯示，海南島地閃災害主要發生在下午（14—18時）。同時，一個重要的發現是，和大部分地區地閃主要發生在白天（特別是在下午）不同，南部和西部沿海地區的地閃在半夜和清晨較其他時段更為活躍。

圖2 2007—2008年海南島春夏季（4—9月）地閃密度逐月平均分布（a）4月；（b）5月；（c）6月；（d）7月；（e）8月；（f）9月Fig. 2 The monthly average number of CG lightning strikes per square kilometer in the spring and summer(April to September) in 2007 and 2008 over Hainan Island(a) April; (b) May; (c) June; (d) July; (e) August; (f) September

3 海陸風影響地閃活動個例分析

很多研究表明，海陸風對雷暴等對流天氣有明顯觸發作用。如汪雅等[12]對2009年寧波地區的一傍晚次雷暴過程進行數值模擬，通過改變下墊面覆蓋類型的敏感性試驗，探討了海洋和陸地下墊面對雷暴過程的影響。結果表明，雷暴發生前期，海風引起的抬升運動觸發了雷暴，海風形成的強輻合區對應雷暴過程累積降水量的大值區。王彥等[13]對2007年8月13日渤海灣一次海風鋒觸發雷暴天氣進行數值模擬，并和多普勒天氣雷達的觀測結果進行比較，結果顯示多普勒天氣雷達探測到在海風鋒與陣風鋒碰撞交叉處形成的雷暴天氣，而數值模擬揭示了碰撞交叉處形成雷暴天氣的物理量特征。

本小節對海南島海陸風觸發雷暴天氣的幾個個例做出分析，以下個例中，大尺度環境風場均為偏南風。

3.1 白天型（北部內陸地區）

2007年4月22日下午，海南島北部內陸地區發生了一次由海陸風引發的較強雷電天氣過程。根據海南省中尺度鄉鎮氣象自動站逐時風資料顯示，中午前后，海南島北部內陸地區（距離海岸線約30～50 km）從海洋吹向陸地的偏北海風開始活躍起來，14時進一步加強，并與環境偏南風形成海風鋒（圖4a中藍色弧線），接下來的2 h隨著海風的繼續增強海風鋒變得更為明顯（圖4b～4c）；同時，從地閃資料來看，14時左右該地區開始出現地閃，在以后的2 h中地閃活動明顯增加。據當地氣象部門報告，在地閃活動最為活躍的16時左右，在地閃密集發生的區域一人因雷擊死亡。

圖3 2007—2008年春夏季海南島地閃活動（紅色）逐3 h分布（a）08—11時；（b）11—14時；（c）14—17時；（d）17—20時；（e）20—23時；（f）23—02時；（g）02—05時；（h）05—08時Fig. 3 The number of CG lightning strikes (represented by red) every 3 h during the spring and summer season of 2007-2008 over Hainan Island(a) 08:00 to 11:00 BT; (b) 11:00 to 14:00 BT; (c) 14:00 to 17:00 BT; (d) 17:00 to 20:00 BT; (e) 20:00 to 23:00 BT;(f) 23:00 to 02:00 BT; (g) 02:00 to 05:00 BT; (h) 05:00 to 08:00 BT

圖4 2007年4月22日逐時風向風速、地閃變化（紅色“-”和藍色“+”分別代表負閃和正閃）（a）14時；（b）15時；（c）16時Fig.4 The hourly wind direction, wind speed and the flashes of three cases showing sea/land breeze fronts effect the lightning activities (The red “-” and blue “+” represent positive flash and negative flash, respectively)(a) 14:00 BT; (b) 15:00 BT; (c) 16:00 BT

3.2 白天型（東北部沿海地區）

2008年6月4日，海南島東北部沿海地區發生了另一次由海陸風引發的較強雷電天氣過程。根據海南省中尺度鄉鎮氣象自動站逐時風資料顯示，中午前后，該地區開始盛行偏北海風（圖5a），14時左右，海風增強，與環境偏南風形成海風鋒（圖5b中藍色弧線），同時該地區開始有地閃發生，15時左右地閃發生次數明顯增加（圖5c），據當地氣象部門報告，15時左右，該地區雷擊造成2人死亡。

3.3 夜間型（南部沿海地區）

夜間，陸地降溫比海洋快，相同的機制下，由海洋吹向陸地的海風逐漸轉為由陸地吹向海洋的陸風。在海南島的南部沿海地區，白天海風為與環境風場一致的偏南風，夜間轉為偏北陸風，可與環境偏南風產生輻合。圖6為2007年5月27日凌晨，在南部沿海地區，由偏北陸風與環境偏南風輻合導致的一次雷電災害天氣過程。由圖6a可見，03時，南部沿海地區的偏北陸風已經形成；04時，偏北陸風與偏南環境風輻合形成局地鋒區（圖6b），同時，在鋒區附近開始有地閃活動；05時，鋒區明顯增強，該地區地閃活動變得密集，導致3人在5時30分左右因雷擊死亡。

圖5 2008年6月4日逐時風向風速、地閃變化（紅色“-”和藍色“+”分別代表負閃和正閃）（a）13時；（b）14時；（c）15時Fig.5 The hourly wind direction, wind speed and the flashes of three cases showing sea/land breeze fronts effect the lightning activities (The red “-” and blue “+” represent positive flash and negative flash, respectively)(a) 13:00 BT; (b) 14:00 BT; (c) 15:00 BT

圖6 2007年5月27日逐時風向風速、地閃變化（紅色“-”和藍色“+”分別代表負閃和正閃）（a）03時；（b）04時；（c）05時Fig.6 The hourly wind direction, wind speed and the flashes of three cases showing sea/land breeze fronts effect the lightning activities (The red “-” and blue “+” represent positive flash and negative flash, respectively)(a) 03:00 BT; (b) 04:00 BT; (c) 05:00 BT

4 討論

本文分析了海陸風對海南島地閃活動的影響，并給出了幾個典型個例，結果表明，在海南地閃頻發的春夏季節，海陸風是造成海南島大部分地區白天地閃活躍的原因之一，更重要的是，它是造成南部沿海地區夜間地閃比白天更為活躍的主要原因。這些發現對提高海南島地閃活動的發生時間和落區預報準確率提供了一定的幫助，但如何將海陸風對地閃活動的影響進一步量化，如海陸風造成的陣風鋒達到何種強度時易導致強地閃的發生，可預警提前量有多少等，都是有待我們進一步探討的問題。