云南省地震活动与雷电活动时空对比分析

胡 颖，殷 娴，周清倩，王淞怡

(1.云南省气象灾害防御技术中心，云南 昆明 650034;2.云南省人工影响天气中心，云南 昆明 650034)

云南省地震活动与雷电活动时空对比分析

胡 颖1，殷 娴1，周清倩1，王淞怡2

(1.云南省气象灾害防御技术中心，云南 昆明 650034;2.云南省人工影响天气中心，云南 昆明 650034)

该文利用2011—2015年云南省地闪资料及1900—2013年云南省地震活动资料，通过对雷电活动的年分布、月分布、日分布以及密度空间分布和雷电活动强度分布的分析，与地震活动的时间分布、空间分布进行对比。利用ArcGIS软件作出1900—2013年全省地震与年平均地闪密度、正负闪强度叠加图和6级以上强震与年平均地闪密度、正负闪强度叠加图，找出地震活动高发区的雷电活动分布规律，为防灾减灾工作提供理论依据。

地震活动；雷电活动；地闪资料；时空分布；对比分析

Abstract：This article applied the datum of CG lightning of Yunnan during 2011 to 2015 and seismic activities of Yunnan during 1900 to 2013.Analyzed the thunder and lightning activities of years,months and days distribution,density distribution in space and intensity distribution then made a comparison with the seismic activities of time distribution and spatial distribution.With the help of ArcGIS software,made the stacking chart of the whole province earthquake during 1900 to 2013,annual average lightning density and positive and negative lightning intensity,and another stacking chart of magnitude 6.0 or over earthquake,annual average lightning density and positive and negative lightning intensity.Finding the distribution regularities of thunder and lightning in frequent earthquake area so as to provide theoretical foundations on disaster prevention and mitigation.

Keywords：seismic activity;thunder and lightning activity;CG lightning of Yunnan;time-space distribution;comparison analysis

1 引言

云南处于全球活动性最强的印度洋板块与欧亚板块碰撞带边缘的东侧，地壳运动剧烈,地震活动频度高、震级大、分布广[1]。云南省土地面积仅占我国国土的4%，却承受全国破坏性地震平均量的20%，可能发生破坏性地震的地区约占全省土地面积的84%，是我国地震最多、震灾最重的省份之一。20世纪以来，云南造成千人以上死亡的地震有4次[2]：1917年大关6.8级地震死亡1 803人，1925年大理7级地震死亡5 800人，1970年通海7.8级地震死亡15 621人，1974年大关7.1级地震死亡1 423人。2014年 8月3日16时30分在云南省昭通市鲁甸县发生6.5级地震，震源深度12 km。由于震级大、震源浅、灾区人口密集和灾区房屋抗震性能差，导致数千人死伤。

地震重灾区大多集中在农村及偏远山区[3]，这些地区雷电灾害多发，群众防雷知识匮乏，防雷避险意识和应变能力弱。地震发生后，根据救援的需要，大多选择在山坳空地和周围有高大构筑物、大树的地方搭建临时安置点和过渡板房，安置灾民用的过渡板房以钢架结构做成的帐篷或活动板房为主，雷雨天气来临时，这种建在空旷地带的钢架结构过渡板房如果没有采取防雷保护措施，极易造成雷电灾害的发生[4-6]。

目前国内外大量学者利用气象站站点资料以及逐年雷暴日数进行分析处理，对于雷暴活动特征做了大量研究，发现了雷电发生的主要时间、频数以及地域分布规律[7、8]。尹丽云等[9、10]利用雷暴日资料对云南雷暴活动进行时空变化的分析，但由于雷暴日资料的局限性，与实际雷电活动发生规律有一定误差。近年来大部分地区都增加了闪电定位网，通过雷电监测定位资料对地闪时空特征进行更为准确的分析，程丽丹[11]等利用ADTD雷电探测系统2006—2010年的地闪资料对河南省雷电活动的总体特征、密度分布、地闪频次的月变化、地闪频次的日变化及地闪分布特征了研究分析。张鸿发[12]等利用TRMM卫星资料分析发现，中国陆地区雷暴活动主要发生于7、 8月，11月—次年2月发生的雷暴活动很少,仅占年总雷暴活动的0.4%以下，同时发现雷暴活动主要发生在傍晚的特点。本文通过分析云南省地震活动及雷电活动的时空分布特征并进行对比，找出地震高发区雷电活动分布特征，可为防雷减灾应急方案的制定、地震灾区过渡安置房的规划和建设提供科学合理的意见，从而总体上提高地震高发区雷电灾害的防御能力，对今后灾区应急救援工作的顺利开展具有重要意义。

2 云南省雷电活动时空分布特征

本文统计了云南省2011—2015年的地闪资料，首先对数据进行预处理，剔除异常数据，如强度为0的地闪记录、经纬度不在云南省境内的地闪记录等。将各年数据分别按次数和强度逐月、逐时进行统计，按10 km×10 km进行格点化处理，并计算5 a平均值，最后根据数据计算结果利用ArcGIS软件中Kriging法插值成栅格数据并生成云南省地震活动与雷电活动时空分布叠加图[13]。

2.1 雷电活动时间分布

根据地闪资料的统计结果，2013年雷电活动最为频繁，全年地闪发生721 632次，2015年雷电活动相对较少，仅为416 620次，最多与最少年份相差达30万次左右，这与每年气候的差异性有关。地闪活动以负地闪为主，每年的正地闪次数都在5万次以下，这与雷云放电时的电荷极性有关。

5月过后地闪活动开始频繁，6、7、8月年平均地闪次数约占全年总地闪次数的65.21%。秋季地闪活动开始减少， 9月过后迅速减少。10—12月的年平均地闪次数仅占总次数的0.68%。8月年平均地闪次数出现最大值，约为19.6万次，占总次数的32.33%。其中2012年、2013年8月的地闪次数明显高于其它年份同期值。50 kA以上正地闪次数在3月、6月、8月较高。50 kA以上负地闪集中分布在6—9月，8月达到最大值。而正、负地闪强度峰值均出现在1月，3月、12月强度次之，有较好的一致性。夏季雷电活动频繁，但强度相对较小。冬季向春季过渡期，对流活动开始逐渐旺盛，虽然次数不高，但强度很大。强雷击更易引发雷电灾害，且1月、3月空气干燥，更易引发火灾、爆炸等危害，更应加强雷电防护。总体来说，50 kA以上正地闪强度在80～100 kA之前，明显高于负地闪强度。

各年的地闪日分布有较好的一致性，地闪活动的高峰时段在下午15—20时，其中16—18时最为频繁。晚间21时—次日02时出现地闪活动次高峰期。地闪低谷时段为08—12时,谷值出现在09—10时，印证了张鸿发[12]等人的研究结论。

2.2 雷电活动空间分布

昆明、楚雄东部、曲靖西南部、丽江东南部、普洱与红河交界处雷电活动最为频繁，平均地闪密度达5～7次/(km2·a)。迪庆、怒江、昭通雷电活动相对较少，只有0.01～1次/(km2·a)。总体来说雷电活动有随纬度增加而递减的趋势，同纬度区域雷电活动有从东部向西部递减的趋势。

全省负闪强度相对平均，大部分区域在20～50 kA范围内。只有昭通、迪庆的负闪强度明显高于全省其它地区，在70～100 kA范围内，昭通局部区域负闪强度达100 kA以上。而这两个区域年平均地闪密度是全省最小区域，这也说明雷电活动频繁区域地闪强度不一定大，而雷电活动偶尔发生区域一旦出现雷雨天气都有可能伴随强雷暴的发生，造成雷电灾害的可能性也较大。全省正闪强度高纬度地区明显高于低纬度地区，其中昭通、楚雄、保山北部、丽江东部正闪强度相对较大，大部分区域在60～80 kA范围内。迪庆地区局部区域之间正闪强度差值较大，香格里拉县部分区域正闪强度达80～100 KA，维西县部分区域正闪强度只有0～20 kA。50%以上的负闪强度都集中在20～40 kA范围内，其余有20%左右在0～20 kA范围内，大于120 kA的仅占1.16%。而正闪强度值最集中区间也是20～40 KA范围，但只占33.72%，其余有25.99%在40～60 kA范围内，而大于120 kA的占5.73%。总体上正闪平均强度与负闪平均强度相差20 kA左右。

3 云南省地震活动时空分布特征

根据云南省地震局提供的历年地震资料，统计了全省1900—2013年4级以上的地震情况。云南5级地震为本底地震，似呈随机分布。而6级以上的强震，则主要沿活动断裂带分布，尤其是沿有较强活动水平的深层断裂带分布。

3.1 地震活动时间分布

3.1.1 地震活动年分布 图1为1900—2013年全省地震活动的年际分布图，从图中可看出，1921—1940年为一个地震活跃期，1961—2000年为另一个地震活跃期。1901—1960年间4～5级地震极少发生，以5～6级地震为主，1931—1940年在该活跃期内地震最为频繁，大于7级地震也集中发生在该时间段。1961—2013年间4～5级地震逐渐增多，但5～6级地震所占比重依然最大，1971—1980年在该活跃期内地震最为频繁，大于7级地震也集中发生在该时间段。

图1 1900—2013年按震级划分地震活动年分布图Fig.1 Annual distribution of seismicity activity

3.1.2 地震活动月分布 图2为1900—2013年全省地震活动的月分布图，从图中可看出，除了4月，地震活动在各月的分布相对平均，其中5—6月是一个高发期，10—11月是另一个高发期。6～7级地震在2月、5月、6月、10月、11月发生频率较高，大于7级的强震主要发生在2月、5月和12月期间。

图2 1900—2013年按震级划分地震活动月分布图Fig.2 Monthly distribution of seismicity activity

3.2 各州市地震活动次数分布

图3为1900—2013年全省各州市发生的4级以上地震次数分布，从图中可看出，保山市地震最为频繁，累计有76次之多。其次为普洱市和楚雄市，普洱市累计地震次数64次，楚雄市为48次。其中大理州、丽江市、临沧市、和昭通市的地震活动也较多，均在38次以上，玉溪市和红河州为32次，地震活动发生频率最低为文山，累计不到10次。

图3 1900—2013年云南省各州市地震次数分布Fig.3 Seismicity activity frequency distribution of Yunnan Province

4 云南省地震活动与雷电活动时空分布对比分析

4.1 地震活动与雷电活动时间分布对比

图4为地震次数与正、负闪次数月分布对比图，从图中可看出，地震月分布趋势与正闪月分布有较强相似性，3月、6月、8月对应正闪活动的3个峰值，这3个月的地震活动也较为频繁。正闪一般强度较大，该时段更应注意地震高发区的雷电防护。

图4 地震与负闪次数月分布(a)，地震与正闪次数月分布(b)Fig.4 Monthly distribution of earthquake and negative lightning(a) Monthly distribution of earthquake and positive lightning(b)

图5为各级地震次数与50 kA以上正、负闪平均强度月分布对比图 。从图中可看出1月、3月正、负闪平均强度相对较大，同时段的地震活动也较为频繁。其中5～6级地震发生比例最大，各月均在40%以上。地震频次在5、6月是高峰值期，达到48次，而正、负闪平均强度相对较低，这是由于从5月开始，雷电活动开始频繁，50 kA以上负闪次数逐渐递增，6月开始达到10 000次以上，虽然5、6月负地闪平均强度较低，但仍达到了70 kA以上，所以5—6月是地震活动和雷电活动的高发期。1月、3月、12月50 kA以上地闪次数较少，但强度较大，1月正地闪平均强度为97.34 kA，负地闪平均强度为92.20 kA，所以虽然1月、3月、12月的雷电活动较少，一旦发生，则强度较大，所以需做好应急储备措施。

4.2 地震活动与雷电活动空间分布对比

图6(a)为1900—2013年全省地震与年平均地闪密度叠加图。从图中可看出，地震发生密集区与地闪密度较大区重合的主要区域是昆明南部、玉溪大部、楚雄南部、丽江东部以及版纳与普洱交界处。这些地震高发区域雷电活动也较为频繁，地震灾害发生时，出现雷雨天气的几率较大，可能引发雷电灾害的风险也较大。

图6(b)为1900—2013年全省6级以上强震与年平均地闪密度叠加图。从图中可看出，6级以上强震发生机率不高，分布相对集中，主要在保山与德宏交界，临沧与普洱交界、普洱中部、玉溪与红河交界等区域。其中玉溪与红河接壤一带地闪密度也较高，局部区域可达5～7次/(km2·a)。该区域属于强震高发区，同时也是雷电活动高发区，更应加强防雷应急救灾物资储备。

图6 全省地震与年平均地闪密度分布(a),全省强震与年平均地闪密度分布图(b)Fig.6 Earthquake and annual average ground lightning density distribution of Yunnan Province(a)Strong earthquake and annual average ground lightning density distribution of Yunnan Province(b)

图7为1900—2013年全省地震与年平均正、负闪强度叠加图。从图中可看出，地震发生密集区与正闪强度较大区重合的主要区域是保山与德宏交界、楚雄西部、昆明与楚雄交界、昭通北部、昭通与曲靖交界等区域。地震发生密集区与负闪强度较大区重合的主要区域是昭通中部及北部、迪庆中部等区域。其中昭通大关、永善、盐津、绥江交界处地震灾害频繁，且年平均正、负闪强度都很大，局部区域高达±100 kA。

图8为1900—2013年全省6级以上强震与年平均正、负闪强度叠加图。从图中可看出，保山与德宏交界、楚雄西部、昆明北部等区域强震分布集中，且正闪强度相对较大，局部区域可达70～80 kA。强震高发区域的负闪强度分布较平均，基本都在20～40 kA范围内。只有昭通北部负闪强度高达80～100 kA，且发生过两次7级以上大震。该区域雷电活动强度较大，更易引发雷电灾害，同时也是强震高发区，应加强雷电防护应急能力建设。

图7 地震与年平均正闪强度分布(a),地震与年平均负闪强度分布(b)Fig.7 Earthquake and annual average positive lightning intensity distribution(a)Earthquake and annual average negative lightning intensity distribution(b)

图8 6级以上强震与正闪强度分布(a),6级以上强震与负闪强度分布(b)Fig.8 Strong earthquakes above 6 grade and distribution of positive lightning intensity(a)Strong earthquakes above 6 grade and distribution of negative lightning intensity(b)

5 结论

本文应用数理统计方法结合ArcGIS制图方法，分析全省雷电活动时空分布特征、地震活动时空分布特征，得到以下结论：

①地闪活动以负地闪为主，在5月过后地闪活动开始频繁，6—8月达到高峰期，日分布上16—18时为地闪活动高峰期，50kA以上正地闪强度明显高于负地闪强度，1—4月、10—12月雷电活动较少，但一旦发生地闪，则正负地闪的强度都较大。从空间上来看，昆明、楚雄东部、曲靖西南部、丽江东南部、普洱与红河交界处雷电活动较多，但昭通、迪庆地区负闪强度较大。

②地震活动次数月分布较为平均，各月差异不大，5月、6月相对较多，同时该时段雷电活动的发生呈增长趋势，即地震灾害与雷电灾害同时发生的机率较高，1月、3月、12月虽然雷电活动较少，但大于50kA的地闪强度都较大，该时段如有地震灾害发生，且出现雷雨天气，可能遭遇强雷暴的机率也较大，应加强对雷电灾害防护的重视，加强雷电应急防护建设与防雷应急救灾物资储备。

③地震发生密集区与地闪密度较大区重合的主要区域是昆明南部、玉溪大部、楚雄南部、丽江东部以及版纳与普洱交界处，这些区域在雷雨季节需做好物资储备和地震应急救援设备的演习工作，一旦发生地震灾情，能够及时、有效地赶往灾区进行防雷避险工作。昭通大关、永善、盐津、绥江交界处属于强震高发区，同时地闪活动年平均正、负闪强度都很大，这些区域即使不在雷雨季节，也需做好物资储备，制定应急预案等工作，如在1月、3月、12月发生地震灾情后并且遭遇强对流天气，则需加强地震灾区防雷避险工作，保障灾区人民及救援人员的生命财产安全。

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Thetime-spacecomparisonanalysisofseismicactivityandthunderlightningactivityofYunnan

HU Ying1,YIN Xian1,ZHOU Qingqian1,WANG Songyi2

(1.The Meteorological Disaster Prevention Technology Center of Yunnan Province,Kunming 650034,China;2.Weather Modification center in Yunnan Province,Kunming 650034,China)

P315.72+8

B

1003-6598(2017)04-0024-06

2017-04-10

胡颖(1990-)，女，助工，主要从事雷电研究及防雷减灾工作， E-mail：doudou4020@163.com。

云南省地震救援应急气象监测预警能力提升项目(ZZZC1512-JF03969)。