贵州省闪电活动时空分布特征分析

吴安坤，李 艳，张淑霞，刘 波，杨 群

（1．贵州省气象灾害防御技术中心，贵州贵阳 550081；2．贵州省大气探测技术与保障中心，贵州贵阳 550081）

贵州省闪电活动时空分布特征分析

吴安坤1，李 艳2，张淑霞1，刘 波1，杨 群1

（1．贵州省气象灾害防御技术中心，贵州贵阳 550081；2．贵州省大气探测技术与保障中心，贵州贵阳 550081）

利用近10年闪电监测定位系统监测的地闪资料，分析贵州省闪电活动时空分布特征，结果表明：全省以负极性闪电为主，占96%左右，闪电活动主要集中在全年的3～10月、全天的13～04时，而正极性闪电频数比例却集中在总闪低发月、时段，分别占同期总闪数的32.5%、11.5%，远高于年均比例4.02%；不同季节、时段闪电密度均存在地域性差异，整体呈现西部高于东部；春季多发生在全省西南至东北一线，夏秋季节向北部移动，集中分布贵州西北部，后冬季移至中部至东北一线；上午闪电活动分散在全省，随后下午到前半夜多发生在西部区域。

闪电活动；时间分布；空间分布；贵州

0 引言

闪电活动特征一般主要研究区域闪电活动的时间、空间分布情况，作为基本的气候特征，对研究气候变化具有重要意义。在国外，Tuman等［1］利用DMSP观测资料，分析了不同时段的全球闪电分布，发现在海洋上黎明时段的闪电高于傍晚。Christian等［2］利用OTD／LIS星载闪电资料分析发现约78%的闪电发生在南北回归线之间，且全球每秒钟有44±5个闪电发生。Smith等［3］发现墨西哥湾的北部海岸的地理条件以及所处的中尺度环流位置，影响着当地的闪电活动分布。Richard［4］采用1989—1999年闪电定位系统数据，分析发现美国中西部闪电活动在1993年最为频繁，超过11次／km2。

在国内，随着闪电探测技术的不断发展和进步，各种地基和星载闪电定位技术得到了广泛的应用，实现了连续性的实时监测闪电活动，为分析闪电发生发展的规律及分布特征奠定了基础。袁铁等［5］根据闪电活动的频繁程度将我国大致分为近海区域、中部区域、西部区域和西部边境区域4条闪电活动带，并指出闪电活动呈现季节变化和日变化的时间分布特征；同时在区域上表现为由东南向西北递减，随着纬度的减小闪电活动呈现出明显增大的趋势。郑栋等［6］、易燕明等［7］、李照荣等［8］、郄秀书等［9］、袁铁等［10］、郭三刚等［11］分别对北京及其周边地区夏季、广州市、兰州周边、青藏高原东北部和中部、青海东北部等地区的闪活动的时空特征进行了研究。结果表明，不同地区由于地形、地理环境等因素的不同，闪电活动特征存在一定的差异。

贵州地处云贵高原东侧，属典型的喀斯特地貌发育区域，受地形变化影响形成的立体气候特征明显，造成境内雷暴活动复杂多变［12］。近年来，随着人工观测手段逐步被自动监测取代，以及自动实时监测资料的逐步累积，需对贵州地区闪电活动特征进一步的分析研究。本文运用贵州闪电监测网近10年（2006—2015）闪电资料，分析闪电活动时空分布特征，以期为雷电灾害防御及工程防护提供参考依据。

1 资料来源

文中所用的闪电资料来源于贵州省闪电监测定位系统，该系统具有全自动、大范围、高精度、实时监测闪电等特点。由12个ADTD闪电定位探测子站和一个数据处理中心站组成，每个ADTD闪电定位探测子站的探测范围约为200km，实现对全省范围内的雷电实时监测。当闪电发生时，相邻接收到电磁信号的单站将测到的闪电发生时间、方位、强度和电磁辐射信号实时传输给中心站进行实时定位处理。

2 时间分布

2.1 年变化

统计近10年全省正负地闪频数情况（见表1），总地闪频数以2006年最高、2015年最少，分别为724830、391223次。闪电活动以负地闪为主，占96%左右。负闪大约是正闪的25倍，这与雷暴云中电荷结构大致呈现上正下负有关，负电荷接近地面更易于对地进行大规模的放电。

表1 近10年贵州省正、负和总地闪频数分布统计表Tab．1 Statistics of the distribution of positive，negative and total ground flash frequency in Guizhou Province in recent 10 years

正、负闪及总闪的平均雷电流幅值分别为53.50 kA、34.53 kA、35.24 kA，其幅值累积概率达到80%的分别为73.1 kA、45.3 kA、46.2 kA。此外，各年度20～07时的地闪频数高于08～19时，年平均夜间发生的总地闪频数达294492次，占年均日闪电次数的58.64%；负闪夜间达到280543次，昼夜闪比为0.71。正闪昼夜比低于负闪比，正闪更易发生在夜间。

2.2 月变化

近10年来，贵州全境逐月均有闪电发生（图1），云地闪CG月变化呈现“双峰”变化，主要集中在3～10月，占总闪电频数的96.6%；夏季太阳直射点北移，太平洋水汽源源不断的输送至高原，形成的暖湿气流上升易于强对流天气的形成，不稳定能量的增强为雷暴天气的产生提供了必要条件，闪电高发月分布在5～8月，闪电频次均达100000次。正地闪PCG月变化呈现“单峰”变化，高发月集中在3～8月，占总闪电频数的92.2%；而正闪频数占总闪的比例随月份呈现“单峰”变化，峰值区域集中在12～1月，分布在冬季，分布占32.2%、42.8%，远高于年均比例5%，其原因是冬季雷暴由于较强的风切变，导致雷暴云中偶极电荷结构发生倾斜，上部的正极性电荷较易对地发生放电［13］。

图1 闪电逐月变化Fig．1 The monthly variation of lightning

2.3 日变化

闪电日变化逐时均有闪电发生（图2），云地闪CG日变化呈现“单峰单谷”变化，闪电频次低值区出现在正午前的5小时内，10时达到最小值，13时呈现上升趋势，17时达到一天中的最大值。正地闪PCG大致呈现“准单峰单谷”，闪电频次谷值出现在12时，峰值约为谷值的6倍，且峰值较CG滞后6个小时至0时（图2a）。PCG比例高值区出现在08～11时（图2b），该时段闪电活动较弱，CG频次为一天中的低值区；随后迅速下降至极值点13时，较CG峰值点提前3个小时；这可能与高原大气辐射有关，午后至傍晚受到太阳辐射的加热作用，下垫面温度升高，负离子向热端运动，致使更多的负电荷堆积，闪电通道建立后，更多的负电荷运输至地面，PCG的比例急剧减少。

图2 闪电逐时变化Fig．2 The timely variation of lightning

图3 贵州省年均闪电密度分布（单位：次·km－1·a－1）Fig．3 The annual average lightning density distribution of Guizhou

图4 贵州地闪密度季节变化（单位：次·km－1·a－1）Fig．4 Seasonal variation of ground flash density in Guizhou

3 空间分布

全省闪电活动频繁程度呈现西高东低，高值区出现在毕节北部、六枝及六枝周边水城、盘县、普安、晴隆、镇宁、普安等的大部分区域，年平均闪电密度高达7.15次／km2；低值区分布在黔东南的中东部的台江、剑河、黎平等地和黔南的中南部独山、平塘等地，平均闪电密度小于1.86次／km2。

3.1 季节变化

贵州全省闪电频繁程度存在显著的季节性变化，闪电活动主要发生在夏季，年平均闪电密度可达4.6次／km2，春季次之，秋季显著减弱，而冬季年平均闪电密度低至0.06次／／km2，为全年最弱。

不同季节闪电密度存在区域性差异，春季闪电频繁程度分布以三个高密度区为中心，向周边呈现带状或块状递减（图4）。高密度区主要分布在黔西、织金、六枝周边等贵州中西部以及贵州东北务川等少部分区域，年平均闪电密度可达2.01次·km－1。夏季由于受西南季风和副高的共同作用，以及地形抬升的影响，闪电活动西部整体高于东部。闪电活动高发区主要分布在毕节中部及北部、六枝及六枝周边水城、盘县、普安、晴隆、镇宁、普安、织金的大部分区域，闪电密度均高于3.24次·km－1·a－1。到了秋季，副高逐渐退去，西南季风也随之减弱，高原主要受大陆干燥性气团控制，热力和水汽条件减弱，闪电密度显著减小。闪电逐渐向西北方向活动，高发区仍位于贵州西部六枝、水城、普定、织金、纳雍一带，闪电密度小于1.30次·km－1·a－1。冬季闪电活动显著减少，闪电密度低且分布区域较小，集中分布在东北部和中部，最大值区域位于修文、纳雍、黔西一带，地闪密度低至0.06次·km－1·a－1。

3.2 时段变化

受太阳辐射强度和地形变化的影响，全省闪电频繁程度呈现显著的时段性及地域性变化（图5）。闪电活动主要发生在前半夜（20时～次日01时），闪电频繁程度分布以水城、六枝、镇宁、普定、织金等地为中心，向周边呈现带状或块状递减。高密度区闪电密度可达4.36次·km－1。14～19时次之，由于受地形抬升热力作用的影响，西北闪电活动高于东部，高值区分布在毕节、赫章、大方、黔西、水城、钟山区、盘县、普安、晴隆的大部分区域，闪电密度可达2.83次·km－1·a－1。后半夜显著减弱，出现两个高密度区，分别位于西南部的镇宁、晴隆、紫云、望谟等地以及东北部的德江、沿河、道真、务川、凤冈等地，最大闪电密度可达1.25次·km－1·a－1；而上午（08～13时）最大闪电密度低至0.37次／／km2，为全天最弱，高密度区分布较为分散。

图5 贵州地闪密度时段变化（单位：次·km－1·a－1）Fig．5 Period variation of ground flash density in Guizhou

4 结论

基于贵州闪电监测定位系统获取的闪电资料，分析闪电时空分布特征及雷电流幅值分布规律，所得结论如下：

（1）闪电活动以负地闪为主，占96%左右。且多发生在夜间，昼夜闪比为0.71，而夜晚发生正极性闪电的频数约为白天的2.5倍，昼夜比为0.41，远低于负闪。正、负闪及总闪的平均雷电流幅值分别为53.50 kA、34.53 kA、35.24kA。

（2）闪电活动主要集中在全年的3～10月、全天的13～04时，其中5～8月、15～02时为高发期；随着闪电活动的减弱，正极性闪电频数比例却增大，峰值区域集中在12～2月、05～11时，分布占同期总闪数的32.5%、11.5%，远高于年均比例4.02%。

（3）闪电密度存在地域性差异，整体呈现西部高于东部；闪电活动频繁程度随夏、春、秋、冬季依次呈现季节性递减，而时段变化有强到弱依次为前半夜、下午、后半夜、上午。

（4）不同季节、时段闪电密度均存在地域性差异。春季多发生在全省西南至东北一线，夏秋季节向北部移动，集中分布贵州西北部，后冬季移至中部至东北一线；上午闪电活动分散在全省，随后下午到前半夜多发生在西部。

［1］ Tunnan BN，BC Edgar．Global lightning distribution atdawnand dusk［J］．J GeophysRes，1982，87（C2）：1191－1206．

［2］ Christian H J，Blakeslee R J，Boccippioet D J al．Global frequency and distribution of lightning as observed from space by the optical transient detector［J］．J Geophys Res，2003，108（Dl）：No．4005．

［3］ Smith．Lightning distributions over the northern Gulf of Mexico coast and their relation to synoptic⁃scale and mesoscale environments［J］．Wea．Forecasting，2005，20：415－438．

［4］ Richard E，Orville，Alan C．Silver．Lightning Ground Flash in the Contiguous United States：1992－95［J］．M．W．R．1997：125（4）：631－638．

［5］ 袁铁，郄秀书．卫星观测到的我国闪电活动的时空分布特征［J］．高原气象，2004，23（4）：488－494．

［6］ 郑栋，孟青，吕伟涛．北京及其周边地区夏季地闪活动时空特征分析［J］．应用气象学报．2005，16（5）：638－644．

［7］ 易燕明，杨兆礼，万齐林．广州市闪电密度特征分析［J］．资源科学，2006，28（1）：151－156．

［8］ 李照荣，陈添宇，康凤琴，等．兰州周边地闪分布特征［J］．干旱气象，2004，22（2）：45－51．

［9］ 郄秀书，张广庶，孔祥贞，等．青藏高原东北部地区夏季雷电特征的观测研究［J］．2003，22（3）：209－216．

［10］ 袁铁，郄秀书．青藏高原中部闪电活动与相关气象要素季节变化的相关分析［J］．气象学报，2005，63（1）：123－127．

［11］ 郭三刚，龚静，何生存．青海东北部地区雷电活动的时空分布特征［J］．青海科技，2005（6）：22－25．

［12］ 吴安坤，张淑霞，刘波，等．近50年贵州省雷暴气候特征分析［J］．防灾科技学院学报，2013，15（4）：87－91．

［13］ 郄秀书，余晔，王怀斌，等．中国内陆高原地闪特征的统计分析［J］．高原气象，2001，（4）：395－401．

Analysis of Temporal and Spatial Distribution Characteristics of Lightning Activity in Guizhou Province

Wu Ankun1，Li Yan2，Zhang Shuxia1，Liu Bo1，Yang Qun1
（1Guizhou Meteorological Disaster Prevention Technology Center，Guiyang550081，China；2．Technical Support Center for Atmospheric Sounding，Meteorological Bureau of Guizhou Province，Guiyang550081，China）

With the ground lightning data acquired through the national lightning monitoring and positioning system for the last ten years，temporal and spatial distribution characteristics of lightning activity in Guizhou Province were analyzed．As the results show，the lightning activity in the province is mainly negative lightning，which accounts for about 96%；the high⁃incidence period of lightning activities focus on between March and October in a year and between thirteen o‘clock and four o’clock in a day，while positive lightning frequency increases in the low⁃incidence period and time⁃span，taking up 32.5%and 11.5%of the total flashes correspondingly，much higher than that of average annual rate of 4.02%；flash densities in different seasons and time⁃spans are different in regional differences with an overall tendency of high west to low east；lightning activities mostly occur along a southwest⁃to⁃northeast line within Guizhou in Spring，moving northward in Summer and Autumn to northwestern Guizhou being the high⁃incidence area，and taking a middle⁃to⁃northeast line in late Winter；lightning activities daily occur in a scattering way in the whole province，while from the afternoon to the first half of the night mainly distribute in the western region．

lightning activity；temporal distribution；spatial distribution

P427.3

：A

：1673－8047（2017）01－0056－07

2016－08－12

黔气科合QN［2017］02号．

吴安坤（1986—），男，本科，工程师，从事气象灾害防御技术工作。