基于闪电定位监测数据的雷暴特征分析

王红，张永军，陈金根，薛洁，麻军

（新疆维吾尔自治区防雷减灾中心，新疆乌鲁木齐 830002）

基于闪电定位监测数据的雷暴特征分析

王红，张永军，陈金根，薛洁，麻军

（新疆维吾尔自治区防雷减灾中心，新疆乌鲁木齐 830002）

对2012年新疆43个站点的闪电定位监测数据分析，发现全年云地闪主要发生在4—10月。6—7月出现的频次最高；正、负闪主要发生时间均分布在14—19时。新疆云地闪中，负闪占89.4%，远多于正闪。正闪的平均强度为70.23 kA，负闪平均强度为39.88 kA。雷电流陡度主要分布在-20～20 kA/μs；新疆区域内雷击大地密度按GB50057-2010新规范估算的值大于GB50057-94规范的估算值，更远大于闪电定位仪实际监测值。

闪电定位；雷暴；新疆

雷暴是由于强积雨云引起的伴有雷电活动和阵性降水的局地风暴；在地面观测中仅指伴有雷鸣和闪电的天气现象[1]。雷电活动过程中产生的大电流、高电压和强电磁辐射会造成人、畜伤亡、微电子设备的损坏、火灾、爆炸等严重灾害和经济损失。目前我国对雷暴的记录仍以人工观测记录为准。随着对雷电研究的深入，遥感、遥测技术的成熟发展，在雷电探测特别是地闪的定位监测取得了突破，并发展相对成熟。实时地闪探测定位不仅能给出地闪发生的精确时间、位置,还能监测到雷电流强度、陡度和极性等电学参数信息。张义军等人[2]认为地闪探测技术在国外已经过长时间的考验，几个发达国家已实施联网的实时监测，对其监测性能经过了与其他雷电特征观测的对比分析和评估。钟颖颖[3]等人通过闪电定位资料与目测雷暴日的对比分析认为，江苏省的闪电探测资料是有效的；顾宇丹[4]对上海市雷暴人工资料与闪电定位资料对比分析认为，闪电定位实测的地闪密度值比用人工观测雷暴日估算的值更为客观、准确；王学良等[5]研究湖北省雷暴日数与云地闪电密度关系，认为采用拟合方程Ng=0.02Td1.5计算各台站雷击大地年平均密度优于规范方程Ng= 0.024Td1.3的计算效果。李家启、杨春明、王慧、阿吉古丽·沙依提等[6-16]利用闪电监测等相关资料分析研究了当地雷电分布特征。

新疆闪电定位监测网于2011年7月—2012年11月安装完成，新疆布设了43个站点，其中在有人值守观测站内设有40个站点，在无人自动观测站内设有3个站点，探测范围覆盖全疆。闪电定位监测仪作为一种新型的雷电监测设备，其监测的雷电信息不仅可以为防雷产品、防雷工程技术提供大量的实时数据，还可为雷电防护技术标准、防雷管理规定的制定以及对防雷减灾技术服务和研究提供可靠依据，同时也应用于雷电灾害风险评估和雷电灾害鉴定等多方面。因此对新疆闪电定位监测数据的雷电规律研究是一项很有实际意义的工作。

1 资料及方法

资料来源：2012年新疆闪电定位监测网监测到的逐日闪电数据。

2012年度闪电定位监测网共监测到地闪142 491次，其中省外41 166次，陡度为0的583次，1—3月54次，11—12月6 322次。2012年人工观测雷暴初始日为4月2日，终止日为10月7日。本文中以2012年4—10月，陡度非零，强度绝对值不大于300 kA的闪电资料作为统计样本。

闪电定位雷暴次数：以全疆闪电定位监测网监测到的地闪资料为准，统计到的地闪个数。时间上，一年中逐月统计闪电次数、强度；一日中（北京时间），按照时段分别统计逐小时内闪电次数。

统计方法：数理统计

2 结果与分析

2.1 闪电定位监测概况

新疆闪电定位监测站布设基线距离是180 km，图中蓝色部分,基本上覆盖了全疆。红色部分为有人值守观测站20 km的范围图（图1）。

图1 观测范围

2.2 雷暴时空分布特征

2.2.1 季节变化

2012年度新疆闪电定位监测网监测到4—10月地闪有94 144次，由图2可见，地闪季节变化呈单峰型，正、负闪峰值均出现在7月，占总数的47%。6—7月最集中，累计出现77 827次，占总数的82.7%。负闪在频次分布上，较热的7月占90.9%，在较凉的4、5月和9、10月分别占71%和76%；正闪反之，4月和10月分别占34%和22%，在7月只占9.1%。

图2 地闪各月分布

2.2.2 月变化

地闪在日变化上呈双峰型,正、负闪主要发生时间均分布在14—19时，该时段占地闪总数的53%，正闪最高峰值出现在16时，共1 017次；负闪最高峰值出现在17时，有9 923次。20时至次日01时发生的地闪次之，占云地闪总数的22%（图3）。

图3 地闪逐时分布

2.2.3 空间分布

闪电定位监测地闪分布较多的区域为阿勒泰、塔城、阿克苏、昌吉、哈密、伊犁。阿勒泰最多，共27 273次，占云地闪总数的28.98%；塔城地区次之，共19 931次，占云地闪总数的21.17%。其中和布克赛尔蒙古自治县最多，8 096次；福海县次之，为6 230次。

石河子、和田地区分布较少，分别为89次、550次。焉耆回族自治县最少，5次；喀什市次之，8次（图4）。

图4 地闪空间分布

2.3 雷电流强度与陡度特征分析

地闪强度主要分布在-120～120 kA范围内，占98%（图5）。负闪电强度集中在10～40 kA之间，占负闪总数的85.56%；正闪电强度集中在10～80 kA之间，占正闪总数的83.09%。

图5 地闪强度分布

正闪平均强度为70.33 kA,负闪平均强度为39.88 kA。正、负闪强度在4—10月均呈现出两头高，中间低的情况，5—9月变化不大，正、负闪平均强度为61.51 kA、33.2 kA，4月和10月较高，平均强度分别为92.0 kA、51.5 kA（图6）。

图6 各月地闪平均强度

雷电流中负闪的陡度主要分布在-20～0 kA/μs，占97.2%，其中-10～0 kA/μs最集中，占负闪总数的73.4%；正闪陡度主要分布在0～20 kA/μs，占97%，0～10ka/μs最集中，占正闪总数的73.5%（图7）。

图7 雷电流陡度分布

2.4 年雷击大地密度

雷击大地年平均密度Ng（次/km2·a）是雷灾风险评估的重要指标。雷击大地密度（Ng）与雷暴日（Td）之间的经验关系在不同的国家各有不同，其中瑞典Ng=0.14Td2，美国、印度和IEC62305-2中Ng=0.1Td。在我国2012年以前沿用GB50057-94标准中Ng= 0.024Td1.3，目前因闪电定位资料的普遍应用，在GB50057-2010标准中修正为Ng=0.1Td。在雷电灾害风险评估实际工作中，江苏、上海、重庆、湖北等地发现用闪电定位监测到的雷击大地平均密度大于用经验公式算出的值。但作者分析2012年度新疆雷击大地密度发现，按GB50057-2010标准估算的Ng值大于GB50057-94标准的估算值，更远大于闪电定位仪实际监测值。

3 结论

本文通过对2012年新疆43个站点的闪电定位监测数据分析得出：

（1）从时间分布来看，全年云地闪主要发生在4—10月。6—7月出现的频次最高，正、负闪主要发生时间均分布在14—19时。

（2）从空间分布上来看，闪电定位监测地闪分布较多的区域为阿勒泰、塔城、阿克苏、昌吉、哈密、伊犁。石河子、和田地区分布较少。

（3）2012年度云地闪中，负地闪占89.4%，远多于正地闪。负闪强度主要集中在-40～-10 kA，正闪强度主要集中在10～80 kA，正闪的平均强度为70.23 kA，负闪平均强度为39.88 kA。雷电流陡度主要分布在-20～20 kA/μs。

（4）2012年度新疆雷击大地密度，按GB50057-2010标准估算的Ng值大于GB50057-94标准的估算值，更远大于闪电定位仪实际监测值。

闪电定位监测仪是一种新型的气象观测设备，其监测的信息对做好雷电灾害服务有很重要的意义，随着闪电定位监测网雷暴资料的积累，资料完整性、准确性的进一步提高，必将为新疆雷电的研究、雷电预警预报和防雷减灾技术提供更好的服务。

[1]全国科学技术名词审定委员会.大气科学名词[M].北京：科学出版社，2009.

[2]张义军，孟青，马明，等.闪电探测技术发展和资料应用[J].应用气象学报，2006，17（5）：611-618.

[3]钟颖颖，冯民学，周曾奎，等.闪电定位资料与目测雷暴日的对比分析[J].气象科学，2010，30（6）：851-855.

[4]顾宇丹.上海市人工观测和闪电定位探测雷暴资料对比分析，第八届长三角气象科技发展论坛论文集.2011，（11）：465-468.

[5]王学良，张科杰，黄小彦，等.湖北省雷暴日数与云地闪电密度关系研究[J].气象，2012，38（6）：728-732.

[6]李家启，申双和，夏佰成，等.基于ADTD系统的闪电频次分布特征分析[J].热带气象学报，2011，27（5）：710-716.

[7]李家启，汪志辉，任艳，等.闪电定位系统与人工观测雷电日参数对比分析[J].气象科技，2012，40（1）：132-135.

[8]杨春明，唐志勇，周俊，等.安徽省马鞍山地区闪电时空分布特征[J].沙漠与绿洲气象，2014，8（1）：23-27.

[9]王慧，王沛涛，高玉龙，等.湖北黄冈地区2006—2011年闪电时空分布特征[J].沙漠与绿洲气象，2013，7（1）：60-64.

[10]阿吉古丽·沙依提，尹仔锋，卡哈尔·亚森，等.西天山地区雷暴和闪电特征分析[J].沙漠与绿洲气象，2013，7（4）：55-60.

[11]阿吉古丽·沙依提.塔克拉玛干沙漠腹地雷电活动特征[J].沙漠与绿洲气象，2012，6（3）：62-65.

[12]包斌，张巎，王旭，等.新疆雷暴的统计特征[J].新疆气象，2001，24（6）：13-15.

[13]陈星宇，孙文.利用闪电定位资料和人工观测资料确定雷暴日数的方法[J].农技服务，2012，29（7）：888-889，891.

[14]李家启，申双和，廖瑞金，等.重庆地区雷电流幅值变化特征分析[J].高电压技术，2010，36（12）：2918-2923.

[15]王巨丰，齐冲，车治颖，等.雷电流最大陡度及幅值的频率分布[J].中国电机工程学报，2007，27（3）：106-110.

[16]司文荣，张锦秀，顾承昱，等.上海地区雷电流幅值分布特征分析[J].电力与能源，2012，33（2）：116-119.

Analysis of Thunderstorm Feature Based on Lightning Locationmonitoring Data

WANG Hong，ZHANG Yongjun，CHEN Jingen，XUE Jie，MA Jun
（The Lightning Protection Center of Xinjiang Uygurautonomous Region，Urumqi 830002，China）

Throughanalyzing the lightning locationmonitoring data from 43 sites in Xinjiang in 2012,it is found that the lightningmonitoring was well consistent with themanual observation of thunderstorm in the time distribution.Nevertheless,there wasa large difference in spatial distribution betweenaltayand Kashi region.Theagreement between thunderstorm observed in the observatoriesand lightning recordedat the lightning locationmonitoring stations wasas highas 64%,therefore,it showed themonitoring results was effective.The negative cloud-to-ground lightningaccount for 90%,which was farmore than the positive cloud-to-ground lightning,while the intensity of positive cloud-to-ground lightning was greater than the negative cloud-to-ground lightning.The steepness of lightning currentmainly distributed between-20and 20 kA/?s,which is even greater thanactualmonitoring value of the lightning locator.

lightning location；thunder storm；Xinjiang

P468

B

1002-0799（2014）06-0066-04

10.3969/j.issn.1002-0799.2014.06.012

2014-04-16；

2014-09-07

王红（1967-），女，工程师，主要从事雷电灾害风险评估和防雷工程图纸审核工作。E-mail:wangh1207@foxmail.com

王红，张永军，陈金根，等.基于闪电定位监测数据的雷暴特征分析，2014，8（6）：66-69.