下墊面對貴州閃電活動規律影響的分析

李 迪，吳安坤，陸 揚

(1.貴州省氣象災害防御技術中心，貴陽 550002；2.貴州省大氣探測技術與保障中心，貴陽 550002)

0 引言

閃電是發生于大氣中的一種具有瞬時高電壓、大電流、強電磁輻射特點的災害性天氣現象。閃電對國民經濟建設有較大的危害，可造成人畜雷擊死亡、毀壞建筑物、誘發森林火災、毀壞電力設備，給人民生命財產造成嚴重威脅和損失。

近年來，隨著閃電探測技術的不斷發展，發現閃電活動存在明顯的差異。大量研究發現，不同的下墊面是造成閃電活動區域性差異的重要原因。周筠珺等根據衛星的總閃和地面的地閃定位數據資料，通過統計得到，總閃多年平均分布是西北較少，而東南較多；李家啟等利用ADTD地閃定位數據，對地閃電流幅值進行數理統計擬合，分析了重慶市地閃空間分布特征，發現在垂直方向上，海拔為300～500 m的地區地閃頻次最高，海拔500 m以上地區地閃頻次呈現隨高度上升而遞減的趨勢；劉暢等利用2005—2008年四川地閃網測得的地閃數據對四川地區地閃特征進行研究發現，四川地區地閃密度分布與地貌特征有著密切聯系，年平均地閃密度由川西高原、四川盆地、南部丘陵依次減少；浦仕保等對山東省閃電數據進行統計分析發現[1]，山東省的閃電密度與平均海拔高度呈正相關性；成鵬偉等依據北京市和成都市ADTD閃電定位資料進行統計分析[2]，北京地閃高發區以山地丘陵下墊面為主，成都地閃密度呈東南向西北方向逐漸減小；Boccippio、Prentice等根據全球閃電密度分析得出云地閃比值，發現該值與海拔高度分布有關。

文章利用貴州省閃電定位系統數據分析貴州閃電活動規律，結合貴州地理環境數據分析貴州閃電活動在不同植被及地表類型下的分布特征，旨在為貴州省不同地區防雷減災工作提供一個可以因地制宜的參考依據。

1 資料來源及分析方法

1.1 數據來源

地閃數據：該數據來源于貴州省ADTD閃電定位系統。貴州省ADTD閃電定位系統于2006年開始建設，目前全省運行的閃電定位儀共有12套，基本實現對全省云地閃全天候實時監測。中心主站設備將ADTD閃電定位儀接收到的雷電數據實時進行交匯處理，給出每個閃電回擊的準確位置、強度、陡度等參數。探測范圍為200 km。文章所用地閃資料為剔除0～2 kA后的地閃數據。

地表覆蓋數據：貴州省地表覆蓋數據來源于清華大學的土地利用覆蓋數據庫。其空間分辨率為10 m，數據精度達75%。根據國際地圈生物圈(IGBP)分類方案，結合貴州土地覆蓋特點，對一些相似類型進行合并，合并后文章將研究區域地表覆蓋類型分為草原及灌木、耕地、建設用地、森林和濕地水域5種類型[3，4]。

1.2 研究方法

根據貴州省2017—2019年地閃數據，利用ArcGIS軟件將研究區域矢量化，逐條提取地閃對應的土地覆蓋類型，統計不同地表覆蓋類型面上的地閃密度、強度及陡度的關系特點。

2 統計分析

2.1 地閃密度與地表覆蓋類型的關系

草原及灌木、耕地、建設用地、森林、濕地水域5種地表覆蓋類型分別占貴州省總面積的10.47%、24.930%、2.82%、59.97%、0.58%。根據逐條地閃提取的地表覆蓋類型數據，統計各種不同地表覆蓋類型的年均地閃次數，從而得到年均地閃密度值(表1)。

表1 不同地表覆蓋類型的面積、年均地閃次數、年均地閃密度

從表1可以看出，不同地表覆蓋類型的年均地閃密度的差異較為明顯。建設用地的年均地閃密度值最高，達到9.42，主要是因為建設用地的人口密度大、樓房眾多易出現城市熱島效應，有利于對流云團的抬升和閃電的發生；城市氣溶膠濃度高也利于積雨云產生。其次，草原及灌木區域人類活動也較頻繁，地表溫度較高，所以閃電活動也很頻繁。森林區域大多分布在高海拔地區，由于高海拔地區雷暴云的離地高度較低海拔地區近，閃電發生的臨界擊穿場強較小，有利于閃電發生過程中梯級先導優先發展，縮短閃擊距離，增大閃擊發生可能性。濕地水域的地閃密度相對最低，這與靠海省份的研究結果不同。貴州省濕地水域的地閃密度值低于陸地，這與雷暴云的電荷分布結構有關。

2.2 地閃強度、陡度與地表覆蓋類型的關系

根據對貴州省閃電活動的特征分析，將0～20 kA強度等級的閃電定義為輕度閃電，20～50 kA強度等級的閃電定義為中度閃電，大于50 kA的閃電定義為強閃電。統計各種不同地表覆蓋類型2017—2019年的總地閃次數，單位面積地閃次數、地閃強度、陡度的平均值(表2)。

表2 不同地表覆蓋類的輕度閃電、中度閃電、強閃電次數及地閃強度、陡度平均值

為消除地表覆蓋類型面積大小對研究值的影響，采用地閃密度值表征地閃各種強度大小在不同地表覆蓋面的分布情況(圖1)。

圖1 不同地表覆蓋類型閃電強度分布

從圖1可以看出，不同強度的閃電在各地表覆蓋類型上分布差異較大。各種地表覆蓋類型閃電主要以輕、中度閃電為主。森林區域的強閃電密度值大，陡度也較高，森林大多分布在高海拔區域，這與之前研究的高海拔地區閃電頻次高吻合。閃電強度大、陡度高，破壞力更強，所以森林區域容易發生雷擊事故。建設用地因為受人類活動影響大，城市熱島效應高，所以輕中度閃電分布最多，強閃電密度值反而是5種不同地表類型中最低的。

3 結束語

文章通過對貴州省2017—2019年地閃數據和地表覆蓋數據研究分析，得到如下結論：

1)貴州省不同地表覆蓋類型的年均地閃密度的差異較為明顯。建設用地的年均地閃密度值最高，其次為草原及灌木區域。貴州省濕地水域的地閃密度值低于陸地。

2)不同強度的閃電在同一種地表覆蓋類型上分布差異較大，在貴州，強閃電更容易產生在草原及灌木區域。建設用地區域的輕中度閃電分布最高，但強閃電分布最低。

3)不同地表覆蓋類型的平均強度及陡度的差異大。各種地表覆蓋類型閃電主要以輕、中度閃電為主。森林區域的強閃電密度值大，陡度也較高，更易發生雷擊事故。