菏泽市闪电定位探测与人工观测雷暴对比分析

程萌

摘 要：该文通过对2007-2013年菏泽地区9个区县人工观测雷暴资料和闪电定位系统监测资料的数理统计，重点分析了人工观测雷暴日、闪电定位系统监测的雷暴日特征。结果表明：闪电定位系统监测获取的雷暴日数远大于人工观测的数据；闪电定位系统监测的雷电日局限于探测方法和设备的灵敏性，而人工观测的雷暴日局限于个人差异和地形影响，均不能完全客观反映各地区雷电活动规律；两者综合筛选后的雷暴日能客观真实反映各地雷电活动特征，在此基础上获得了有效反映雷电活动规律的雷暴日及雷击大地密度参数，为雷击风险评估与防雷设计提供参考。

关键词：闪电定位；人工观测；雷暴日；菏泽市

中图分类号 P427.3 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2016）10-0151-03

雷电是自然界大气中发生的瞬间放电过程，并伴有声、光、电的出现，它被联合国公布为十大自然灾害之一。在现代生活中，雷电不仅对人畜的生命安全构成威胁，还对电力、通信、电子、建筑等许多行业都有着大影响，因此雷电活动规律及其防护问题一直为人们所关注[1-2]。

雷暴日是反映雷电活动规律的重要参数，是雷电科学研究和防雷工程设计的重要参数指标。20世纪70年代，Nishino、Noggle和Proctor等科学家采用高频、甚高频、低频技术的天线定位系统测量闪电位置[3]。而近年来闪电定位系统的建设，为该项工作的检验研究提供了基础。问楠臻等利用广州市雷电监测网数据，按1km2的网格进行区域划分，通过加权得到地闪密度[4]；陈家宏等提出了网格法统计雷电日方法，并与传统人工观测雷电日进行了对比分析[5]；樊荣等从落雷密度的概念出发，利用克里金（Kriging）插值法，计算任一经纬度上的多年平均雷暴日数，并使用C#语言编制出计算落雷密度的软件[6]；还有些学者通过对各地的雷击大地年平均密度和多年平均雷暴日的分析，总结出了符合当地特点的两者的关系[7-10]。但是当前对于闪电定位系统和人工观测雷暴日的科学性进行检验的较少，为此，本文采用2007-2013年菏泽地区9个气象观测站人工观测的雷暴日资料和闪电定位系统监测的雷暴日资料进行分析，以期找出能够反映雷电活动规律的雷暴日参数。

1 资料来源

1.1 人工观测资料 人工观测资料的平均雷暴日来源于观测人员的观测数据，1d内只要观测到一次或一次以上的雷声就算是一个雷暴日。该数据有记录的时间长，延续性好。但人工观测也有局限性：首先，人的监听范围通常半径为15～20km，再远的雷声不容易听到；其次，随着城市建设的发展，大量气象观测站由原先的远离城区变为城郊或城区，各种噪音给准确判断雷暴带来较大的困难。

1.2 闪电监测数据 山东省闪电定位系统是LD-II型闪电定位系统，主要由13个分布在全省各地的闪电定位仪、1个中心数据处理系统和图形显示终端构成，采用磁定向时差遥测法进行闪电定位，各个定位仪将接收到的闪电信息和GPS时间信息，通过通信网络传送至中心站计算机，通过中心数据处理系统的计算，得到闪击的时间、位置、强度、极性等参数。该系统时钟同步精度可达到0.1μs，山东省内大部分地区闪电探测效率理论值为95%，定位精度可达到300m。闪电定位系统覆盖范围较广，监测精度较高，但闪电定位系统监测闪电受其探测方法和自身设备影响，可能会导致探测正负闪频次出现增加现象，同时受城市环境影响也可能会误测。

2 结果与分析

分别从人工观测资料和闪电定位原始资料中统计出2007-2013年逐年雷暴日数（图1），人工观测雷暴日最大值为2009年的47d，最小值为2012年的26d，年际变化不大，闪电定位雷暴日最大值为2007年的182d，最小值为2012年的101d，年际变化较大。同一年两者最大差值为146d，最小差值为75d，所有年份闪电定位系统监测的雷暴日远大于人工观测的雷暴日。

由于人的听力范围大致为15～20km，选取距离观测台站20km以内的闪电定位资料进行统计，与人工观测雷暴日进行对比（图2），两者的差距减小，但差值依然较大，同一年中雷暴日最大差值为60d，最小差值为43d。

江腊宝将安徽省闪电定位数据按照雷电流的大小分为10个等级，研究得出可用I≥20KA作为雷暴日的阈值，来计算雷暴日并作为服务应用[11]。鉴于闪电定位系统容易受其它电磁波的干扰，且雷电流较小、距离较远的情况下仪器的灵敏性较差，雷电流较大容易产生误动作，或把回击误当成主放电等原因，通过对菏泽市闪电定位资料与人工记录雷暴日逐站分析，雷电流幅值范围为20～30KA时，几乎所有台站的记录都包括在内（图3）。在图2的基础上，筛选20～30KA的雷电流对应的雷暴日数，对比发现，两者的差距较小，吻合程度较好。

通过以上对比分析看出，同一区域内闪电观测数据中幅值在20～30KA范围内的雷电流对应的雷暴日数与人工观测的雷暴日数吻合程度较好，基本一致，更能科学反映雷电活动规律。

3 以具体评估对象为实例确定雷击大地密度

根据雷击大地的年平均密度的含义即1a里某一确定地区的地闪次数，通过闪电定位系统提供的1a中某地区的地闪次数再除以该地区的面积可以得到更为精确的雷击大地的年平均密度。计算公式如下：

4 结论与讨论

（1）通过对闪电定位数据多次的选择和筛选，发现同一区域内闪电观测数据中幅值在20～30KA范围内的雷电流对应的雷暴日数与人工观测的雷暴日数能较好的吻合，基本一致，更能科学地反映雷电活动规律。

（2）利用雷电流幅值在20～30KA范围内的数据，得到的某地的雷击大地密度更科学，可为研究此处的雷电活动规律提供参考。

（3）山东省闪电定位系统在全省范围内有13个闪电定位仪，随着该系统的进一步完善，闪电定位仪的增加，该系统同步精度和定位精度将进一步减小，闪电探测效率也将进一步提升，为雷击风险评估的各参数的选取提供更准确的监测数据，评估结论也更科学。另外，鉴于雷达数据的广泛使用，如何利用雷达资料对闪电定位资料进行筛选还有待于进一步研究。

参考文献

[1]GoldeRH.雷电[M].北京：电力工业出版社，1982.

[2]李家启，覃彬全，陈宏，等.开县“5.23”重大雷电灾害事故分析[J].气象科技，2007，35（增刊）；48-51.

[3]Lightining and Insulator Subcommittee of the T&D Committee. Parameters of lightining strokes：areview[J].IEEE Trans Power Delivery，2005，20（1）：345-358.

[4]问楠臻，高文俊.基于IEC62305 雷击风险评估计算方法[J].建筑电气，2008，27（7）：34-37.

[5] 陈家宏，郑家松，冯万兴，等.雷电日统计法[J].高电压技术，2006，32（11）：115-118.

[6]樊荣，肖稳安，李霞，等.基于GB/T21714.2的雷击风险评估软件设计及参数探讨[J].南京信息工程大学学报：自然科学版，2009，1（4）：343-349.

[7]马金福，冯志伟.雷击地闪密度与雷暴日数的关系分析[J].气象科学，2009，29（5）：674-678.

[8]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（8）：851-855.

[9]尹丽云，许迎杰，张腾飞，等.一种新的雷电日及雷电参数计方法[J].气象科技，2009，37（6）：739-743.

[10]李家启.雷电灾害风险评估与控制[M].北京：气象出版社，2010.

[11]江腊宝，杨仲江.闪电定位探测与人工观测雷暴资料对比分析[J].安徽农业科学，2010，38（35）：220-221. （责编：张宏民）