嘉兴地区1971年来雷暴日及闪电特征分析

徐瑞国 范玉芬 张雪慧

(嘉兴市气象局，浙江嘉兴314050)

0 引言

随着经济和科技的高速发展，以电力和电子为基础的现代化生活日渐普及，微电子器件和信息技术的应用越来越广，雷电灾害造成的经济损失也越来越大。因此，对雷电进行有效地监测、预测和研究具有非常重要的社会、经济效益和科学价值［1］。嘉兴地处我国东部沿海杭嘉湖平原，雷击灾害发生频繁，时有人员伤亡，城市地区由雷电波入侵和雷电感应引起的电子信息系统损害比重大幅上升［2］，每年雷击灾害都会造成不小的经济损失。研究雷电天气的发生和分布规律意义重大，这样的工作不少地方都开展过，蔡晓云［3］、郄秀书［4］、陶祖钰等［5］分别分析了兰州、京津冀等地电闪空间分布特征，分析其发生规律。一些研究也尝试加入新资料来取得更好的效果，孟青［6］、王飞［7］等人提出了电场资料结合雷达等天气资料，用于雷电预报预警工作。分析总结嘉兴市40 a的雷暴日特征，以闪电资料为补充，研究嘉兴地区雷电发生发展的规律，开发地区适应性的雷电预报预警工具，可以提高本市的雷电天气的预报预警和防灾减灾能力。

1 嘉兴雷暴日数统计特点

1．1 嘉兴市6市县雷暴日数年际、年代际变化

使用观测站资料统计嘉兴市6个市县1971—2010年的雷暴日数变化(图1)，发现雷暴日数有明显的年际、年代际变化，且各市县的雷暴日数变化周期基本是同步的。嘉兴6市县平均年最多雷暴日数出现在1987年，平均多达47 d，次多年为1975年，平均44．6 d;最少年雷暴日出现在2001年和1978年，平均分别为14．7 d和17．6 d;最近10 a的雷暴日数与前30 a相比基本持平，嘉兴全市平均年雷暴日数为28．5 d。

嘉兴地区年雷暴日数的几个高峰期分别出现在 1975，1987，1998，2010 年，低谷期分别在1978，1990，2001 年，一个周期约为11 ～12 a，且高峰期至低谷期间隔约为3 a，这可以作为雷暴日预报的一项参考依据。进一步对历年(1971—2010年)年雷暴日数做小波分析，图2b中雷暴日数在11～12 a时间尺度上的周期震荡非常明显，经历了高-低-高3个循环交替，目前处在正值区中;图2a中此尺度上的等值线一直未闭合，这样的周期在整个30 a的过程中存在。对于8 a以下的小时间尺度的变化，有较多的偏高期和偏低期的循环交替，比较明显的是5 a和2 a的时间尺度，但能量谱上近期都有较长一段时间闭合。总的来看，11～12 a时间尺度上的周期变化最为明显。

1．2 月分布特征

1971—2010年嘉兴地区雷暴日数的月分布特征从整体上看，3—9月是全年雷电的主要发生期，占全年雷电数的96%，7，8二个月是雷电的高峰期，占全年雷暴日数51%，这个时段内雷灾也较多发生。最少时段为11月至次年1月， 最少的是1月份，几乎无雷电天气发生。

年最早雷暴日(初雷日)绝大多数出现在2，3月，40 a内占总初雷的83%，出现在4月的占13%，出现在1月和5月的各有一次，分别是2002年1月15日和2000年5月30日，创40 a中最早和最晚初雷日记录。

年最晚雷暴日(终雷日)绝大多数出现在8月下旬至10月，40 a内占总数的83%，出现在11月的占10%，最早和最晚终雷日记录分别出现在2005年8月18日和1992年12月7日。

对比前30 a和近10 a的每月的雷暴日数(表1)，1971—2000年期间，3—9月雷电主要发生期中雷暴日数占全年的97%，其中最多的是7月份，全市平均多达7．9 d，其次为8月份6．6 d，2001—2010年期间，3—9月雷暴日数占全年的94%，7，8二个月占全年雷暴日数53%，7月和8月全市平均雷暴日数相近，7．5 d左右。与前30 a对比，变化特征是冬季时段(12—2月)雷暴日数有所增加，春季(3—5月)略有减少，夏季(6—8月)持平，7月雷电略减弱，8月雷电有上升的趋势，秋季(9—11月)总体减少(表略)。

表1 历年7，8月份雷暴日地区分布统计

1．3 地域分布特征

嘉兴地域范围为3915 km2，雷暴日数差异较大。1971—2000年30 a来雷暴日发生地域分布规律为从西南到东北递减(图3a)。西南片偏多，桐乡、海宁年雷暴日数超过30 d，最多桐乡雷暴日达34．1 d，嘉兴与平湖雷暴日数略少一些，在28～30 d之间，嘉善与海盐相对来说为全市的雷暴日数最少区域，为26～27 d。这样的地区分布特性可能与地形有关，湖州、杭州等地的山区雷暴天气在东移至嘉兴平原地区时有一个逐渐减弱过程，造成了嘉兴西南部雷电较多，东北部雷暴日较少的地域分布特征。

进入21世纪以来，雷暴日数分布情况也发生了一定的变化。与前30 a相比，近10 a雷暴日数的地区差异减小，分布特性略有改变。平湖、嘉兴市区雷暴日数明显增多(图3b)，为全市高发区，年雷暴日数29～30 d，海宁、桐乡从前期的高发区转为雷电均发区，为28～29 d，海盐、嘉善是最少区域，为28 d左右(表2)。从变化的趋势来看，嘉兴的东南沿海片(平湖、海盐)年雷暴日数上升，主要增加在冬春季;嘉兴的西南片明显下降，其中桐乡雷暴日数下降最明显，多达5．3 d，海宁其次，减少2．4 d。这样的分布改变可能与城市化进程有关。城市发展后城区呈现“暖干化”［8］，平湖等东部沿海温度普遍升高，致使热对流加强，而嘉兴西南部可能受变干和受城市下垫面摩擦增大影响，致使雷暴日数有所减少。

表2 分地区雷暴日数统计表

图3a 1971—2000年雷暴日数分布 图3b 2001—2010年雷暴日数分布

2 相关闪电定位仪资料分析

由布置在不同地理位置的3台以上的高精度闪电探测仪可以构成一个闪电监测定位系统网，闪电定位仪资料相比传统的观测站资料有更为详细的闪电发生时间、落区和强度的记录，可以作为传统资料的有力补充。

2．1 闪电日数月变化分析

将闪电定位仪资料按月分类(图4)，统计2007—2009年嘉兴市每月闪电日数及较强闪电日数(定义嘉兴范围内闪电定位仪记录≥400次/d为较强闪电日)，发现闪电发生的月际规律与雷暴日分析中基本相同，7，8月份发生闪电记录的几率更大，一个月中有2/3的天数都有闪电发生，达到 19．0～20．3 d;6月次之，为10．6 d;2—5月及9月闪电天数明显减小，为3．3 ～5．3 d;1，10，12 月这 3 a中无闪电发生。除了6—9月会发生较强闪电以外，2，3，4月也会出现。

图4 2007—2009年闪电日月际分布图

对比闪电定位仪资料和人工记录的雷暴日数，发现月变化趋势基本一致，但闪电定位仪记录的闪电天数大大多于人工记录，可能有以下两点原因：(1)当发生云地闪时，因强度较小、时间较短或发生点离观测站较远时，有可能无人工记录;(2)当别处有闪电发生时，次数较多或强度较强，闪电定位仪会产生定位误差，误记本地上空有闪电发生。

2．2 年闪电频次分析

从2007—2009年闪电资料分析来看，最高总频次出现在嘉兴与海宁，其余依次为海盐、桐乡、嘉善和平湖(表3)，3 a来嘉兴市本级和海宁地区平均闪电发生次数达到3000次以上，而其余各市县闪电发生次数都在2000次以下。2007，2008年总闪密度较低，密度高的地方集中在嘉兴和海宁，嘉善和海盐面闪电密度次之，平湖和桐乡的闪电密度最小。2009年闪电发生次数最多，除了平湖嘉善的部分地区外各市县闪电的密度都很大，最多最密的闪电发生在嘉兴市本级。

表3 各市县年闪电频次及闪电总天数分布

分析这些闪电资料，还发现闪电天数年际变化比较大，而年闪电密度却不与之成正比。2007年和2008年发生闪电天数分别为80 d，73 d，基本接近，而2009年的闪电的天数仅为59 d(表3)，比前两年闪电日数偏少20多天，但从闪电次数上来看，2009年全市高达21445次，比前两年的总和还多。结合闪电天数月分布(图4)可发现2009年在4—9月雷电主要发生期中，每个月闪电天数都要少于前两年的值，而较强闪电天数却多于前两年，6—8月较强闪电天数达到了16 d，除了6—9月出现强闪电，2月、11月也出现了强闪天气。综上，年闪电日数和年闪电密度并没有直接的联系，闪电日数少的年份有可能强闪天数多，由强闪电引发的雷电灾害有可能更严重。

3 结语

(1)嘉兴雷暴日有明显的年际、年代际变化，且各市县的日数变化周期基本是同步的。主周期约为11～12 a，高峰期与低谷期间隔约为3 a。

(2)雷暴日的地域分布近10 a与前30 a相比由东西向分布转为南北向分布，嘉兴市西南部的雷暴日数减少明显，海盐、平湖东南沿海雷暴日数有所增多。

(3)每年的3—9月是一年中雷电多发时段，其雷电、闪电日数均占全年总数的94% ～97%，其中6—9月占60% ～70%，最易出现雷电闪电的月份是7—8月(50% ～55%)。

(4)从闪电定位仪资料看，雷暴或闪电日数与总闪电次数不成正比关系，在雷暴或闪电日数少的时段，可能闪电频次高、闪电密度大、强闪电次数多。

［1］ 许小峰．雷电灾害与监测预报［J］．气象，2004，30(12)：17-21．

［2］ 王 颖，郑永光，寿绍文．2007年夏季长江流域及周边地区地闪时空分布及其天气学意义［J］．气象，2009，35(10)：58-70．

［3］ 蔡晓云，宛 霞，郭 虎．北京地区闪电定位资料的应用分析［J］．气象科技，2001，(4)：33-35．

［4］ 郄秀书，郭昌明，刘欣生．北京与兰州地区的地闪特征［J］．高原气象，1990，9(4)：388-394．

［5］ 陶祖钰，赵昕奕．京津冀地区闪电的气候分析［J］．气象学报，1993，51(3)：325-332．

［6］ 孟 青，吕伟涛，姚 雯，等．地面电场资料在雷电预警技术中的应用［J］．气象，2005，31(9)：30-33．

［7］ 王 飞，张义军，赵均壮，等．雷达资料在孤立单体雷电预警中的初步应用［J］．应用气象学报，2008，19(2)：153-160．

［8］ 徐瑞国，牛 萍，陆琛莉，等．城市化发展对嘉兴城市气候的影响［C］．浙北五市气象科技学术交流会，2010：1-6．