云南輸電線路鄰近典型地形區(qū)域的雷電地閃活動聚類分析

潘浩，馬儀，馬御棠，鄧冶強(qiáng)，王羽，向美辰

(1. 電力遙感技術(shù)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室(云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院)，昆明650217；2. 武漢大學(xué)電氣與自動化學(xué)院，武漢 430072)

0 引言

雷電是伴隨雷云強(qiáng)對流過程中的一種常見自然災(zāi)害天氣現(xiàn)象[1]，對多種場景均有危害性，可能造成地面建筑物損壞、通信設(shè)備中斷、供配電系統(tǒng)癱瘓等影響正常社會正常運(yùn)行發(fā)展的嚴(yán)重后果[2]。近年來，雷電監(jiān)測技術(shù)在我國發(fā)展迅速，雷電定位系統(tǒng)在電力行業(yè)受到了廣泛應(yīng)用，積累了海量的雷電活動數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)了包括地閃發(fā)生點(diǎn)的經(jīng)緯度坐標(biāo)、發(fā)生時(shí)間、雷電流極性和幅值、回?fù)舸螖?shù)等信息。這些數(shù)據(jù)被用來多維度分析雷電的分布特征，用雷電參數(shù)來表征雷電的分布特性[3 - 4]。

經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，雷電活動在一定區(qū)域內(nèi)具有時(shí)空叢聚特性，即雷電活動在時(shí)間上和空間上表現(xiàn)出很強(qiáng)的聚集性[5 - 6]。聚類分析是一種常用于研究數(shù)據(jù)聚類特性的研究方法，選擇合適的聚類方法是研究雷電特性的重要前提[7]。多位學(xué)者發(fā)現(xiàn)基于密度的聚類算法可以良好地實(shí)現(xiàn)對雷電數(shù)據(jù)的處理分析，可以實(shí)現(xiàn)對雷電活動路徑的追蹤，總結(jié)分析了一定區(qū)域一定時(shí)間內(nèi)雷電的運(yùn)動規(guī)律[8 - 10]。陳勝燃等利用粵港澳大灣區(qū)雷電數(shù)據(jù)，進(jìn)行了雷電的時(shí)域分布特征和移動軌跡統(tǒng)計(jì)規(guī)律的挖掘分析[11]。

目前地面落雷分布研究的主要對象是宏觀地形，沒有考慮研究區(qū)域內(nèi)部的地形變化對地面落雷分布的影響。而現(xiàn)有的研究成果表明，山區(qū)不同位置的落雷分布同樣存在差異[12]。故此，研究宏觀地形和局部地形地面落雷分布規(guī)律，能夠?yàn)榻窈蟮牟町惢览坠ぷ魈峁┕こ探梃b和理論參考。

在分析不同地形下的雷電活動差異時(shí)，多位學(xué)者對雷電參數(shù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。王學(xué)良等人采用統(tǒng)計(jì)分析方法，對比分析了湖泊和陸地兩種地形下地閃頻次、地閃密度、雷電極性、雷電流幅值等參數(shù)的分布差異，得到兩種地形下雷電參數(shù)時(shí)間變化趨勢的一致性和空間分布的差異性[13]。陳明麗等人研究了香港地區(qū)雷電活動的時(shí)空特征，發(fā)現(xiàn)負(fù)地閃密度最高的位置主要在山峰，正地閃密度最高的位置在山谷或山腳的廣闊區(qū)域[14]。Sunil Oulkar等人對比了喜馬拉雅山脈東北部和西北部不同環(huán)境下地形對雷電地閃活動的影響，發(fā)現(xiàn)干旱地區(qū)和濕潤地區(qū)下不同海拔高度處雷電地閃活動的差異性[15]。

輸電線路輸電距離往往較長，沿線會經(jīng)過多種復(fù)雜地形。許多學(xué)者研究了輸電線路各區(qū)段區(qū)域不同地形下對雷電活動的影響。姚堯等人基于改進(jìn)電氣幾何模型，考慮了山地地形對雷電活動的吸引作用，初步探討了山頂、山坡、山谷3種地形落雷分布不同的原因，該硏究表明了地形對地面落雷分布確實(shí)存在一定影響，但是沒有明確指出這種差異帶來的影響范圍[16]。耿屹楠等人按地貌特征將輸電線路途經(jīng)的地形識別為高山大嶺、一般山地和丘陵3種，分別統(tǒng)計(jì)輸電線路在各區(qū)段桿塔數(shù)量所占的比例，將地形因素作為一定占比，采用加權(quán)平均的辦法計(jì)算其繞擊跳閘率[17]。林峰等人將輸電線路附近的具體雷擊位置與GIS系統(tǒng)中的相應(yīng)的具體地形地貌相結(jié)合，分析了110 kV、220 kV和500 kV 3種電壓等級下輸電線路遭受雷擊的故障相位與輸電線路暴露面的相關(guān)性規(guī)律，分別分析了桿塔的位置位于高山山頂、輸電線路大跨越河流或山谷、桿塔沿山脊走向、桿塔處于迎風(fēng)坡、桿塔經(jīng)過水域邊等地形下，對雷擊選擇性的影響差別[18]。梁宇等提出了一種基于雷達(dá)組合反射率的輸電走廊雷電風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警方法，但并未對雷電的走向等進(jìn)行分析[19]。

在實(shí)際情況中，開展不同地形對雷電活動規(guī)律的影響研究，對輸電線路的安全穩(wěn)定運(yùn)行和防雷具有重要的科學(xué)意義和工程應(yīng)用價(jià)值。

多位學(xué)者在分析地形對雷電活動的影響時(shí)，沒有從動態(tài)角度展開對雷電運(yùn)動規(guī)律的探究，針對現(xiàn)有研究的不足，本文利用云南省雷電定位系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)的2010—2019年雷電定位系統(tǒng)數(shù)據(jù)，考慮局部地形的差異，采用聚類分析方法，開展不同地形對雷電活動的影響研究，探究影響雷電活動的因素。

1 輸電線路鄰近區(qū)域不同地形區(qū)間劃分

通常研究地形對雷電活動的影響作用時(shí)，研究對象為宏觀地形，如平原、山地、水域等[13,16]。其覆蓋范圍一般為幾十千米左右，這種宏觀落雷分布的研究暫時(shí)沒有考慮局部地形所帶來的影響。局部地形是相對宏觀地形而言的，是宏觀區(qū)域背景下的一個(gè)微小區(qū)域范圍。山區(qū)輸電線路走廊所經(jīng)區(qū)域海拔高程懸殊，地勢變化顯著，輸電線路所處的不同地段會帶來不同的影響[20]。云南具有非常明顯的局部地形特征，在局部區(qū)域內(nèi)，落雷情況會因地形的不同有很大差別[21]。

本文綜合考慮了宏觀地形和局部地形對雷電活動的影響，選取了峽谷風(fēng)道、山脊、山谷和河流等4種地形，開展了不同地形對雷電活動的影響分析研究，如圖1所示。其中，峽谷風(fēng)道地形下選取了西虎線198—215號桿塔及溪換丙線150—155號桿塔附近區(qū)域，山脊地形下選取了西虎線143—174號桿塔、大文線1—72號桿塔、溪換丙線93—117號桿塔、永富直流線134—146號桿塔，山谷地形下選取了華者線1—50號桿塔、德瑞線85—152號桿塔、觀永線77—88號桿塔、永富直流線428—456號桿塔，河流地形下選取了江興線67—83號桿塔、博南線168—191號桿塔、觀永線1—41號桿塔、永富直流線867—880號桿塔(針對現(xiàn)有線路數(shù)據(jù)，峽谷風(fēng)道地形選取了2處線路鄰近區(qū)域，其他3種地形選取了4處線路鄰近區(qū)域)。

圖1 輸電線路鄰近區(qū)域不同地形示意圖Fig.1 Schematic diagram of different topographies in the vicinity of the transmission line

2 聚類分析方法的改進(jìn)與單次雷暴活動的實(shí)現(xiàn)

2.1 基于密度的聚類算法DBSCAN

在利用DBSCAN算法對樣本數(shù)據(jù)集進(jìn)行聚類時(shí)，需要確定樣本數(shù)據(jù)集中元素的鄰域半徑(Eps)和元素成為核心點(diǎn)的最小密度(MinPts)，根據(jù)設(shè)立的參數(shù)遍歷數(shù)據(jù)集，找到核心點(diǎn)，并依據(jù)核心點(diǎn)擴(kuò)展簇，并循環(huán)遍歷樣本數(shù)據(jù)集中的所有元素，直到數(shù)據(jù)集中所有的數(shù)據(jù)對象都被處理完成[22]。

圖2給出了基于DBSCAN定義的概念的直觀示意圖，設(shè)鄰域半徑為Eps，在圖2中表示藍(lán)色圓的半徑，設(shè)定密度閾值MinPts=3；即每個(gè)核心點(diǎn)的鄰域內(nèi)數(shù)據(jù)點(diǎn)的個(gè)數(shù)最少為3個(gè)。圖中圓圈內(nèi)右上側(cè)5個(gè)點(diǎn)表示所有滿足條件的核心點(diǎn)，左下側(cè)4個(gè)點(diǎn)表示邊界點(diǎn)，圓圈外側(cè)10個(gè)點(diǎn)代表數(shù)據(jù)特征不明顯的“噪聲點(diǎn)”。

圖2 DBSCAN定義的基本概念圖Fig.2 Basic concept map of DBSCAN definition

盡管DBSCAN算法對于二維數(shù)據(jù)的處理有諸多的優(yōu)勢，但是在對樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類計(jì)算時(shí)，需要輸入兩個(gè)很重要的參數(shù)：鄰域半徑Eps和密度MinPts，樣本數(shù)據(jù)集D中的元素的聚類類別會因這兩個(gè)元素的變化而改變。在以往的研究中這兩個(gè)參數(shù)的選擇往往通過研究人員的經(jīng)驗(yàn)判斷，再根據(jù)實(shí)際出來的聚類結(jié)果進(jìn)行微調(diào)，這種做法顯然是不可取的。因?yàn)猷徲虬霃紼ps和密度MinPts是基于密度聚類算法中的全局變量，如果在計(jì)算中兩個(gè)參數(shù)的取值不合理往往會造成較大的誤差[23]。因此需要對參數(shù)的選擇進(jìn)行改進(jìn)計(jì)算。本文采用OPTICS算法與DBSCAN算法相結(jié)合，提高參數(shù)求取的準(zhǔn)確度。

2.2 基于密度的聚類算法OPTICS

OPTICS算法的提出是為了解決密度聚類算法 DBSCAN中存在的關(guān)鍵問題，其在DBSCAN的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提出了可達(dá)距離的概念。該算法表現(xiàn)的物理意義為，從數(shù)據(jù)集中的任意一個(gè)點(diǎn)出發(fā)，隨機(jī)對象朝著高密度區(qū)域擴(kuò)張，最終可得到一個(gè)能直接反應(yīng)數(shù)據(jù)整體空間結(jié)構(gòu)分布的有序序列。在算法實(shí)施的過程中，首先創(chuàng)建一個(gè)隊(duì)列，該隊(duì)列的數(shù)據(jù)為臨時(shí)存儲的有序的數(shù)據(jù)對象點(diǎn)，同時(shí)，創(chuàng)建一個(gè)結(jié)果隊(duì)列用來儲存可以可視化的聚類結(jié)果，將該隊(duì)列的數(shù)據(jù)分布稱之為可達(dá)圖，識別可達(dá)圖中的凹槽，得到聚類結(jié)果。

2.3 OPTICS算法的改進(jìn)處理

由聚類算法的定義可以知道，Eps參數(shù)的改變會影響最終的聚類結(jié)果，從OPTICS可達(dá)圖中可以直觀看出聚類結(jié)果[24 - 25]。選取不同的Eps，從可達(dá)圖中得到的聚類凹槽數(shù)不同，具體如圖3—5所示。

圖3 Eps=0.01時(shí)可達(dá)圖及數(shù)據(jù)分類可視化Fig.3 Reachability graph and data classification visualization when Eps is 0.01

當(dāng)Eps取值0.02時(shí)，由可達(dá)圖可以劃分2個(gè)聚類凹槽，將參數(shù)代入到DBSCAN算法中，可以看出最終得到2個(gè)聚類結(jié)果，與OPTICS可達(dá)圖一致；Eps取值0.01和0.017時(shí)，由可達(dá)圖均可以劃分4個(gè)聚類凹槽，但4個(gè)凹槽的深度不同，即數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)近程度不同，聚類可視化得到4個(gè)聚類結(jié)果，對比分析，可以發(fā)現(xiàn)兩個(gè)參數(shù)對應(yīng)的雖然都是4個(gè)聚類結(jié)果，但所包含的數(shù)據(jù)范圍不同。

圖4 Eps=0.017時(shí)可達(dá)圖及數(shù)據(jù)分類可視化Fig.4 Reachability graph and data classification visualization when Eps is 0.017

圖5 Eps=0.049 46時(shí)可達(dá)圖及數(shù)據(jù)分類可視化Fig.5 Reachability graph and data classification visualization when Eps is 0.049 46

2.4 單次雷電地閃運(yùn)動過程提取及可視化

2.4.1 雷電活動時(shí)間聚類分析

將雷云地閃的發(fā)生時(shí)刻按照先后順序排列，并計(jì)算相鄰雷電地閃的時(shí)間間隔Δt=ti-ti-1，將時(shí)間間隔Δt小于或等于時(shí)間間隔閾值t0=30 min的雷電數(shù)據(jù)合并為連續(xù)的雷電地閃時(shí)區(qū)數(shù)據(jù)集合。

2.4.2 雷電活動空間聚類分析

根據(jù)獲取的引雷塔臨近區(qū)域的強(qiáng)雷暴過程的雷電數(shù)據(jù)集，利用DBSCAN算法和OPTICS算法相結(jié)合的方法對每個(gè)數(shù)據(jù)集進(jìn)行聚類分析，得到在單次強(qiáng)雷暴活動在地面的活動軌跡。由于雷電活動的在時(shí)間和空間上的聚集性，且雷云在一個(gè)區(qū)域內(nèi)持續(xù)性放電的時(shí)間較長，其核心點(diǎn)較為穩(wěn)定，在分析過程中一般用聚類簇的質(zhì)心坐標(biāo)來代替整個(gè)簇的位置。

(1)

式中：n為該聚類簇里面的落雷個(gè)數(shù)；bi、li、ti分別代表一個(gè)聚類簇里面第i個(gè)落雷點(diǎn)的緯度、經(jīng)度和雷電發(fā)生時(shí)刻；Bave、Lave分別表示該聚類簇質(zhì)心在地面的相應(yīng)坐標(biāo)位置；Tave表示聚類簇質(zhì)心點(diǎn)的時(shí)間值屬性。將這些聚類簇的質(zhì)心按照時(shí)間的先后順序連接起來，所得曲線即為雷電地閃活動的運(yùn)動軌跡。圖6展示了輸電桿塔附近區(qū)域雷電活動軌跡。

圖6 輸電桿塔鄰近區(qū)域雷電活動運(yùn)動軌跡Fig.6 Trajectory of lightning activity in the vicinity of transmission tower

圖中圓點(diǎn)代表聚類簇的分類；聚類圖中細(xì)小的圓點(diǎn)為不符合聚類條件的噪音點(diǎn)。大實(shí)點(diǎn)代表輸電桿塔，聚類質(zhì)點(diǎn)編號的大小表示聚類質(zhì)點(diǎn)發(fā)生的時(shí)間先后順序，由小的編號到到大編號表示雷電地閃的運(yùn)行方向，最小的數(shù)字代表一次雷暴活動的起始點(diǎn)，最大的數(shù)字代表一次雷暴活動的終止點(diǎn)。

3 輸電線路走廊區(qū)域不同地形雷電地閃活動聚類分析

3.1 地形對雷電活動影響的定量分析方法

為定量表示地形雷電活動的影響，文中定義變量重合度來表征地形對雷電活動的影響。

設(shè)某段時(shí)間內(nèi)區(qū)域內(nèi)雷電活動次數(shù)為m，得到m條雷電軌跡，計(jì)算得到與地形走向重合的雷電軌跡n條。

通過識別等高線圖，可以提取得到的地形走向?yàn)棣龋?在氣象學(xué)中，一般將空間方位劃分為16個(gè)角度，如圖7所示，①②③④⑤⑥⑦⑧每個(gè)方向?qū)?yīng)的方位角為22.5 °。

圖7 氣象16方位圖Fig.7 Meteorological 16 azimuth map

針對提取得到的角度θ，以其左右兩邊各22.5 °為閾值，認(rèn)為雷電軌跡走向在這個(gè)范圍內(nèi)，皆為地形對雷電活動有影響的表現(xiàn)，即α∈[θ-22.5 °，θ+22.5 °]。重合度越高，地形對雷電活動的影響越大。

3.2 不同地形下單次雷電地閃運(yùn)動聚類方向分析

3.2.1 峽谷風(fēng)道地形

對地形圖提取等高線，得到峽谷的走向。圖8為西虎線附近峽谷風(fēng)道地形，分為2個(gè)走向，即西北—東南走向和東北—西南走向。在分析局部地形雷電運(yùn)動軌跡過程中發(fā)現(xiàn)，在一個(gè)雷暴時(shí)間段內(nèi)，一次雷電活動會有多個(gè)地閃點(diǎn)，以運(yùn)動軌跡的首尾兩點(diǎn)來概括雷電地閃的大致運(yùn)動軌跡會存在較大誤差，因此在統(tǒng)計(jì)時(shí)將一次雷電活動的所有路徑都分開計(jì)算。

圖8 西虎線鄰近峽谷風(fēng)道地形及300 m間距等高線示意圖Fig.8 Schematic diagram of the terrain and contours of 300 m of the Xihu line adjacent to the canyon wind channel

圖9為鄰近峽谷風(fēng)道地形典型雷電聚類活動示意圖。采用聚類方法統(tǒng)計(jì)10 a間雷電活動運(yùn)動軌跡，可得，西虎線鄰近區(qū)域所有雷電活動，與峽谷走向重合的路徑有3條，計(jì)算得到重合度為33.3%。溪換丙線鄰近區(qū)域所有雷電活動，與峽谷走向重合的路徑有16條，計(jì)算得到重合度為34%。剩下的路徑部分沿西北——東南走向，有10條，與河流走向重合的雷電軌跡占21.3%。這是因?yàn)閸{谷附近的河流走向?yàn)槲鞅薄獤|南。

圖9 鄰近峽谷風(fēng)道地形典型雷電聚類活動示意圖Fig.9 Schematic diagram of typical lightning clustering activity on adjacent canyon wind passage terrain

3.2.2 山脊地形

圖10為西虎線鄰近山脊300 m地形及其等高線示意圖。山脊地形下輸電桿塔所處地勢較高，桿塔數(shù)量一般較多，對地形圖提取等高線，得到山脊的走向。本節(jié)統(tǒng)計(jì)了4處輸電線鄰近山脊地區(qū)在2010—2019年這10 a間的雷電地閃活動。在對山脊地形下的雷電活動軌跡進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析時(shí)，發(fā)現(xiàn)雷電運(yùn)動軌跡方向除了會沿著山脊走向，部分會沿著山脊兩側(cè)的山坡運(yùn)動，單用山脊走向?qū)ζ旅娴睦纂娀顒舆M(jìn)行考量不夠全面，因此增加重合度的考量指標(biāo)，即針對山脊地形下的雷電活動，除了按山脊走向的45 °閾值進(jìn)行考量，同時(shí)用山脊的法方向作為山坡的走向，增加山坡走向的45 °閾值作為考量指標(biāo)。

圖10 西虎線鄰近山脊300 m地形及其等高線示意圖Fig.10 Schematic diagram of the terrain and contours of 300 m of the Xihu line adjacent to the ridge

通過統(tǒng)計(jì)可知，輸電線路鄰近山脊沿山脊走向和坡面的雷電活動軌跡的平均重合度在40.45%，除了西虎線路鄰近區(qū)域山脊地形下雷電活動的重合度為34.2%，其他輸電線路鄰近區(qū)域重合度相差不大。鄰近山脊地形典型雷電聚類活動如圖11所示。

圖11 鄰近山脊地形典型雷電聚類活動示意圖Fig.11 Schematic diagram of typical lightning clustering activity on adjacent ridge terrain

通常情況下，山脊因地勢較高，且突出開闊，是容易引雷的典型場景，而位于山脊頂部的輸電桿塔相當(dāng)于在高聳的地形下的另一高聳建筑物，對雷電的吸引能力很強(qiáng)；其次，輸電線路經(jīng)過山脊頂部，山脊兩側(cè)為斜坡面，而坡面是地形抬升型，氣流容易沿山坡上升，在頂部形成云霧，導(dǎo)致坡面也同樣存在大量落雷。

3.2.3 山谷地形

建立在山谷地帶的輸電線路，大都是一片狹長的平緩地帶。對地形圖提取等高線，得到山谷的走向。本節(jié)統(tǒng)計(jì)分析了不同電壓等級下山谷地區(qū)的2010—2019年這10 a間的雷電地閃活動。永富線鄰近山谷地形及其等高線示意圖如圖12所示。鄰近山谷地形典型雷電聚類活動如圖13所示。

圖12 永富線鄰近山谷地形及其等高線示意圖Fig.12 Schematic diagram of the terrain and contours of 300 m of the Yongfu line adjacent to the valley

圖13 鄰近山谷地形典型雷電聚類活動示意圖Fig.13 Schematic diagram of typical lightning clustering activity on adjacent valley terrain

通過統(tǒng)計(jì)，沿山谷走向的雷電活動軌跡的平均重合度在35.53%。可以看出周圍區(qū)域開闊且位于居民區(qū)，容易引雷。

通常情況下，山谷地勢較低，兩側(cè)有高聳山脈，吸引了大部分雷電活動，山谷中地勢平坦的地方狹小綿長，受兩側(cè)山峰影響，氣流容易從固定方向沿山谷方向運(yùn)動，但氣流移動方向通常并無明顯阻礙氣流運(yùn)動，或造成氣流急劇上升匯聚的地形，低空雷云靠風(fēng)的推動沿山體運(yùn)動，因此部分雷電活動會沿山谷方向運(yùn)動，但數(shù)量遠(yuǎn)不及山脊地形下的雷電活動。

3.2.4 河流地形

建立在河流兩側(cè)的輸電線路，大都依山坡側(cè)面而建。對地形圖提取等高線，得到河流的走向，如圖14所示。在提取數(shù)據(jù)時(shí)，永富線867—880號桿塔附近落雷點(diǎn)較少，難以得到可以用于聚類分析的數(shù)據(jù)樣本。因此本節(jié)只分析了江興線、博南線和永線鄰近區(qū)域河流地形下的雷電地閃活動。

圖14 觀永線鄰近300 m河流地形及其等高線示意圖Fig.14 Schematic diagram of the terrain and contours of 300 m of the Guanyong line adjacent to the river

通過統(tǒng)計(jì)，沿河流走向的雷電活動軌跡的平均重合度在35.3%，博南線鄰近水域的雷電活動的重合度遠(yuǎn)低于平均值，是因?yàn)楹恿骷?xì)小，水域面積不大，對雷電活動的影響不明顯，如圖15所示。

圖15 鄰近河流地形典型雷電聚類活動示意圖Fig.15 Schematic diagram of typical lightning clustering activity on adjacent river terrain

4 經(jīng)過不同地形前后聚類地閃參數(shù)變化分析

4.1 峽谷風(fēng)道地形

對比分析典型單次雷電活動經(jīng)過峽谷風(fēng)道地形前后的地閃頻次和雷電流幅值的變化，由圖16可以發(fā)現(xiàn)，前后地閃頻次和雷電流幅值變化都較大，約有60%的雷電活動經(jīng)過該區(qū)域后地閃頻次和雷電流幅值均上升。推測原因，可能是由于峽谷風(fēng)道周圍區(qū)域，地勢高聳，更易吸引落雷，雷電活動離開該地區(qū)后引起放電強(qiáng)度增加。

圖16 典型雷電活動經(jīng)過峽谷風(fēng)道前后雷電強(qiáng)度變化統(tǒng)計(jì)結(jié)果示意圖Fig.16 Schematic diagrams of statistical results of lightning intensity changes before and after typical lightning activities passing through canyon channel

4.2 山脊地形

對比分析典型單次雷電活動經(jīng)過山脊地形前后的地閃頻次和雷電流幅值的變化，由圖17可以發(fā)現(xiàn)，前后地閃頻次和雷電流幅值變化較大，統(tǒng)計(jì)表明約有80%的雷電活動經(jīng)過該區(qū)域后地閃頻次下降，66.7%的雷電活動經(jīng)過該區(qū)域后雷電流幅值均上升。推測原因，可能是由于雷電活動經(jīng)沿山脊運(yùn)動后，已經(jīng)在該地區(qū)大量放電，朝遠(yuǎn)離山脊的方向運(yùn)動時(shí)落雷次數(shù)沒有在山脊上運(yùn)動時(shí)多。

圖17 典型雷電活動經(jīng)過山脊前后雷電強(qiáng)度變化統(tǒng)計(jì)結(jié)果示意圖Fig.17 Schematic diagrams of statistical results of lightning intensity changes before and after typical lightning activities passing through ridge

4.3 山谷地形

對比分析典型單次雷電活動經(jīng)過山谷地形前后的地閃頻次和雷電流幅值的變化，由圖18可以發(fā)現(xiàn)，前后地閃頻次和雷電流幅值變化較大，統(tǒng)計(jì)表明約有77.8%的雷電活動經(jīng)過該區(qū)域后地閃頻次下降，77.8%的雷電活動經(jīng)過該區(qū)域后雷電流幅值均上升。推測原因可能是由于雷電活動沿山谷運(yùn)動后，受兩側(cè)高地影響，雷云在地區(qū)部分放電，雷電活動增多。

圖18 典型雷電活動經(jīng)過山谷前后雷電強(qiáng)度變化統(tǒng)計(jì)結(jié)果示意圖Fig.18 Schematic diagrams of statistical results of lightning intensity changes before and after typical lightning activities passing through valley

4.4 河流地形

對比分析典型單次雷電活動經(jīng)過河流地形前后的地閃頻次和雷電流幅值的變化，由圖19可以發(fā)現(xiàn)，前后地閃頻次和雷電流幅值變化較大，約有60%的雷電活動經(jīng)過該區(qū)域后地閃頻次下降，55%的雷電活動經(jīng)過該區(qū)域后雷電流幅值上升。

圖19 典型雷電活動經(jīng)過河流前后雷電強(qiáng)度變化統(tǒng)計(jì)結(jié)果示意圖Fig.19 Schematic diagrams of statistical results of lightning intensity changes before and after typical lightning activities passing through river

推測原因，可能是由于雷電在河流附近運(yùn)動，受濕潤空氣影響，雷云在地區(qū)部分放電，雷電活動增多。通常情況下，河流附近空氣濕潤，水汽充足，上升氣流速度大，水汽抬升過程中，易形成強(qiáng)對流天氣，引發(fā)雷電活動。

5 結(jié)論

本文采用聚類分析方法，對輸電線路鄰近區(qū)域不同地形下的雷電定位數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。得到的結(jié)論如下。

1)峽谷風(fēng)道、山脊、山谷、河流4種地形對雷電運(yùn)動軌跡的影響略有差異，4種地形下雷電活動軌跡的重合度平均值分別為44.3%、40.45%、35.5%、35.3%。從已有的數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果可以看出，峽谷風(fēng)道地形對雷電活動的影響最大，沿峽谷風(fēng)道走向的雷電活動占比最大。山脊地形對雷電活動的影響次之，山谷和河流對雷電活動的影響小于上述兩種地形。

2)對比分析典型單次雷電活動經(jīng)過各種地形前后的地閃頻次和雷電流幅值的變化，可以發(fā)現(xiàn)以下幾點(diǎn)特征。

(1)約有60%的雷電活動經(jīng)過峽谷風(fēng)道后地閃頻次和雷電流幅值均上升。推測原因，可能是由于峽谷風(fēng)道周圍區(qū)域，地勢高聳，更易吸引落雷，雷電活動離開該地區(qū)后引起放電強(qiáng)度增加。

(2)約有80%的雷電活動經(jīng)過山脊區(qū)域后地閃頻次下降，66.7%的雷電活動經(jīng)過該區(qū)域后雷電流幅值均上升。推測原因，可能是由于雷電活動經(jīng)沿山脊運(yùn)動后，已經(jīng)在該地區(qū)大量放電，朝遠(yuǎn)離山脊的方向運(yùn)動時(shí)落雷次數(shù)沒有在山脊上運(yùn)動時(shí)多。

(3)約有77.8%的雷電活動經(jīng)過山谷區(qū)域后地閃頻次下降，77.8%的雷電活動經(jīng)過該區(qū)域后雷電流幅值均上升。推測原因，可能是由于雷電活動沿山谷運(yùn)動后，受兩側(cè)高地影響，雷云在地區(qū)部分放電，雷電活動增多。

(4)約有60%的雷電活動經(jīng)過河流區(qū)域后地閃頻次下降，55%的雷電活動經(jīng)過該區(qū)域后雷電流幅值均上升。推測原因，可能是由于雷電在河流附近運(yùn)動，受濕潤空氣影響，雷云在地區(qū)部分放電，雷電活動增多。