西藏地区云地闪电时空分布特征分析

仓 啦

（西藏自治区那曲市索县气象局，西藏 那曲 852200）

20世纪80年代中后期青藏高原大气层有了一次气压、降水量、气温、相对湿度等明显逐增的气候突变，在80年代后期整个青藏高原进入了相对暖湿时期［1］。西藏高原地区地处青藏高原的西南部（26.50°N至36°53'N、78°25'E至99°06'E），地势隆起，气候相对比其他陆地面地区要干燥寒冷得多。高海拔与巨大面积以及复杂地形结构是西藏高原独特的气候系统组成的重要因素。西藏平均海拔在4000m以上，西藏高原每个地区局地海拔高低不同组成的气候特征也不同，不同气候特征对形成的对流活动稳定度带来影响，对流活动的不稳定度越高，产生强雷暴的机率越高。闪电就是不稳定的强对流活动的主要表现之一，是由带电荷的云层内部、云与云之间或者云与地之间一种长距离瞬间放电现象，闪电具有浪涌电压、浪涌电流、强电磁辐射等特征。在西藏地区生活的农牧区人数多于生活在城镇的人数，由于农牧民生活条件限制，难以提供足够的学习和了解常用生活知识和科学资源的环境，人们缺乏对雷电活动规律的认知和雷电灾害防护知识。每年闪电活跃季节农牧民生活区遭遇的雷击事件多于城镇区，另一方面因生活所需农牧民生活区域比较偏向草原、高山、湖泊、河流等，地貌地形格局有利于形成不稳定的对流活动天气。王义耕等［2］研究指出水体和山脉附近是闪电高发区，这是由于水体和山脉具有热动力抬升的作用，并供应比较充沛的水汽，有利于形成雷暴和云起电，也能明显地看出雷击具有选择性，雷击的选择性不仅与离地面的海拔高低、触电敏感度等有关外，还与地质结构有关。

西藏地区闪电活动天气有明显的季节性特征，尤其夏天（4-9月）是闪电频发季节，该季节是野外放牧、采挖药材等户外活动集中时期。特别是随着经济和科技的发展，高层建筑、文物与财产密集场所大量增多，雷击造成的损失趋日严重，每年西藏地区拉萨市雷击遭遇次数最多，大约有338次多。其次是那曲地区，发生279次雷击。由于气象探测仪器和相关资料缺失，闪电发生的时间和空间分辨率无法满足对闪电活动时空特征进行准确研究分析，社会对雷电灾害预警预报上的需求和信赖缺乏。闪电定位监测系统的布设和应用2014年开始不再靠人工气象站雷暴日数据分析，实现了地闪在时间、空间、强度尺度上的连续自动监测，通过对闪电监测定位资料的准确分析和应用，将进一步的认识和掌握西藏全区雷电活动分布的演变规律，并用科学编制雷电防护规划，开展雷击风险评估、雷电预测预警，为防雷减灾提供科学依据。

随着闪电定位布设和先进探测技术快速发展与完善，国内外学者对闪电时空分布特征研究报道越来越多。周陆生等［3］利用雷达资料分析青藏高原中部那曲地区对流活动区降水量面积回波统计特征；林志强等［4］利用2009年6月至2011年5月西藏高原闪电定位系统获得的闪电活动资料，分析了西藏高原闪电时空分布的特征。研究发现，西藏高原闪电强度冬季高夏季低。以往的西藏高原闪电活动研究表明，由于西藏地区地势有利于一年四季连续出现积雨云和形成雷暴，是中国雷暴出现比例最高的地区，西藏高原地区的雷暴日数比中国同纬度平原地区和太平洋、伊朗高原等地多出2倍以上，是北半球同纬度地区雷暴日数出现最频繁的地区［5］，西藏自治区雷暴划分存在地域性差异，西藏地区东西部的雷暴日少，中部拉萨和那曲地区雷暴日较多。

为了进一步对西藏地区闪电活动演变规律与时空分布特征的分析和了解，为了该地区雷电监测预警和雷电风险评估提供更多参考依据。文章利用西藏自治区气象局闪电监测定位系统2013年3月至2014年12月获取的闪电资料，对西藏整个地区闪电活动发生的时间、强度、空间分布的演变特征进行了分析，研究日变化、月变化等闪电活动的变化规律。分析研究西藏地区复杂的地形特征和大气层环流对该区域闪电活动气候形成的影响因素。

1 资料来源和分析方法

1.1 资料来源

文章所用的资料来自西藏自治区气象局闪电监测定位系统监测获得的2013年3月至2014年12月的云地闪资料，整个系统采用方位汇交合和到达时间差综合算法定位，该系统实现24小时全天候观测。由西藏各地区共有18个闪电定位仪单站组成，其分布如图1所示，西藏中部拉萨，那曲、索县、安多、申扎、班戈、嘉黎；南部山南泽当、浪卡子、错那；日喀则、定日、帕里；林芝、察隅；东部的昌都、左贡、洛隆。每个观测站获取的闪电资料包括闪电发生的时间、闪电的极性（正、负）、经纬度以及闪电电流强度等闪电参数。西藏西部干旱高原季风气候地区和西藏东部温暖半湿润地区的雷暴日数偏少，而拉萨部分地方和藏北一带那曲地区雷暴日数较多，这样的雷暴日数分布形式和西藏地区气候类型相对应。中部拉萨和那曲地区日照强，蒸发量大，对流活动强，而且受孟加拉海湾热气团和北方冷空气的共同作用；西藏西部的阿里地区海拔高，蒸发量大，但降水量少，水汽输送少，干冷的对流气候活动发展不明显。

图1 西藏地区闪电定位仪分布图

1.2 分析方法

将西藏地区（80°N至100°N、28°E至35°E）范围的区域分成1°×1°网格，对西藏不同区域站获取的闪电资料进行分析，资料包括闪电发生的时间、地理位置（经纬度）、闪电极性（正、负）、闪电强度、陡度、误差、定位方式、闪电发生的地点等几个参数。文章采用的闪电参数有闪电发生的时间，经纬度，闪电强度及极性，闪电发生地点行政位置。

文章统计分析了这22个月内共发生的正、负闪电个数与占总闪电的百分比，并按月份统计了正、负地闪发生的次数；闪电强度分布每隔50kA为间隔，把闪电强度≦1000kA的闪电分成20个闪电强度段，统计分析了各个强度段（正、负）闪电占总闪电的比例，并画出闪电强度的（以闪电强度的绝对值算）空间分布图；在一日中按整点时段如01-02时、22-23时、23-00时、00-01时，逐小时统计了闪电数，一年中各月闪电数采用该时段相同月份闪电数之和；根据西藏地区两年发生的闪电总次数除以两年再比上该地区的面积得出该地区的年平均闪电密度（次∕年∕平方千米）。

2 西藏地区云地闪电时空分布特征

2.1 闪电频次总体分析

2013年3月至2014年12月之间的时间段内闪电监测定位系统获取的云地闪电共有34339次，其中正地闪2176次，平均强度53.96kA，负地闪32163次，平均强度-42.723kA，负地闪占云地闪电总数的80.06%.负地闪与正地闪的频次按月呈正比关系，但每个月正闪和负闪的所占频次数量大不相等，波动比较大，从3月至9月地闪频次持续增加，甚至9月达到最高次数13700次，但10月开始闪电频次突然减少，到11月开始显著的减少至12月闪电次数只有11次。明显看出西藏地区正闪和负闪的频次变化按月有季节性变化，进一步分析西藏各地区站月雷暴日数，可以看出西藏地区月雷暴日主要出现在4月至10月，占全年雷暴日数的90%以上。西藏东南地区水汽条件充足、太阳辐射强度大，配合北方冷空气则对流活动发展明显，有积雨云产生，因此也有雷暴云发生，该区域分别为昌都、林芝、日喀则地区聂拉木。拉萨和那曲、昌都地区、阿里地区的狮泉河在7至8月雷暴日达到峰值，而林芝地区、日喀则地区聂拉木在4月达到峰值。

西藏高原年平均雷暴日为46天，呈现中部多，东西部少的不均匀分布规律。西藏有两个年雷暴日最多的区域，以那曲地区索县年雷暴日多达到85天，其次是拉萨市贡嘎县年雷暴日为82天，而林芝地区波密县只有8天，西藏各地区雷暴日不仅有地域性差异还有显著的季节性差异，夏季是西藏雷暴多发季节，全区平均32天，占全年雷暴日的68.3%.

根据中国气象局对雷暴的划分标准，划分西藏雷暴区如下：年雷暴日数小于20天，主要包括林芝地区大部、阿里地区南部、聂拉木、错那、八宿等；年雷暴日数在20-49天，主要包括昌都地区大部、阿里地区大部、日喀则地区西南部等；多雷暴区：年雷暴日数在50-69天，主要包括那曲地区西部、山南地区大部、日喀则地区东部及丁青、昌都等；强雷暴区：年雷暴日数在70天以上，主要包括那曲地区中东部、拉萨市大部及贡嘎、乃东、日喀则、江孜等县市，如表1。

表1 雷暴强度等级

2.2 负地闪与正地闪的比率

图2可以看出，西藏地区正、负闪电比率呈现双峰双谷形特征分布，在3月正负地闪的比率很低，呈现一个低谷值，但4月开始闪电次数逐渐上升，一直到6月的时候正负闪电的比率呈现一个峰值，达到18倍。在7月时又呈现一个低谷形，在8月至9月时候出现主峰，闪电次数最高，正、负闪比率达到24倍，后再次突然下降，到11月至12月正、负闪的比率低达只有1.2倍。对于出现这样情况，可能与当地跃变的气候特征和地理位置，还有可能是闪电监测定位时系统性的问题。

由于独特的地理位置和复杂的气候背景，西藏地区的四季分明，闪电主要发生在6至9月份［6］，西藏地区的雨季节约占全年总闪电数的80%以上，该结论与文章按月份正、负闪比率（图2）分析出来的结果是一致的。从图2可以看出，4月开始至8月闪电次数最活跃的月份，也是降水量最多的时间段。由于正闪的波动不是很大，其中8月正闪电次数最多有7068次，并雨季前后的正闪电的次数有明显差别，雨季前期3月至5月正闪的次数比负闪的次数少很多，但处于持续增加的状态，直到雨季期间正闪强度达到最大，因为西藏高原的对流层离地面海拔高度较低，使西藏各地区的雷暴次数比较多，但整体强度较弱。

图2 （2013年3月至2014年12月）西藏地区按月正、负闪比率（负∕正）图

2.3 闪电频次的月分布

图3表明，2013年3月至2014年12月，西藏自治区闪电监测定位系统监测获得的闪电总共有34339次，其中发生在6月至9月月闪电发生次数最高共有30828次左右，这段时间也是西藏地区降水量最多的季节（6-9月），大约占两年总闪电数的90%以上。1至2月几乎没有出现闪电。图3所示，西藏地区闪电频次的月分布图为呈单峰值，1至2月闪电次数为0次，3至9月闪电次数一直增加比较活跃，直到9月达到主峰闪电次数最多共13700次，10月开始闪电次数急剧下降到12月只有11次左右，可以看出西藏地区一年四季最频繁的闪电活动集中在6至9月，这是因为6-9月是西藏地区全年高温暖季节，比较高的地表温度与湿度为对流活动提供了充沛的水汽，以及引起热动力不稳定的大气环流，有利于形成和发展对流活动。虽然西藏地区每个月的闪电活动有区域性差异，不同区域的闪电活动开始与结束的时间段有所不同，3月开始西藏东部低海拔（平均海拔3500m）较湿润的昌都地区有闪电活动发生，按月份闪电活动沿着向西北方向逐步发展，该地区也是全年闪电活动持续最长的地方，4月至9月是西藏全区闪电最为活跃的时段。

图3 （2013年3月至2014年12月）西藏地区闪电频次月分布图

图4为西藏地区云地（正、负）闪电强度空间分布图，将西藏地区整个区域按照1°×1°度的网格分隔，对网格内发生的闪电次数进行统计，分析闪电发生的空间分布特征。由图5可见，西藏普遍地区的地闪电强度基本在100kA以下，西藏地区闪电强度100kA以上的闪电都基本上出现在昌都地区西北部丁青县、那曲地区东部、山南地区南面错那县和日喀则地区西北部，还有阿里地区的改则县（32°31'N、84°05'E）和噶尔县狮泉河（32°50'N、80°09'E），普兰（30°32'N、81°12'E）等地方也出现闪电强度100kA以上的闪电分布情况，这可能与该区域高海拔的地理位置和对流层活动有关。李兆荣等［7］分析西北地区雷暴气候特征时指出海拔高度对该地区的闪电活动分布有影响。图4可见，西藏高原西部阿里区域之所以出现十分明显的大片闪电低发区域，显然海拔高、巨大面积的青藏高原复杂地貌和南北走向的横断山脉地形地质的影响。来自印度洋和孟加拉海湾风暴活动携带的暖湿气流遇到喜马拉雅山脉和南北走向横断山脉时，由于海拔高，高山的山顶一年四季都处在积雪中，对输送进来的暖湿气有阻挡作用，缺乏水汽，影响强对流活动的发展和成熟；另外高山背面的冷气流沿着山谷随山风向下漂流到平原，使下沉气流抑制了上升气流的垂直发展，阻碍了强对流活动的形成，因此喜马拉雅山山脉偏北的高海拔区域形成的闪电强度较弱。结合现实生活中的天气现象和以往研究发现，西藏的西南部极少地方一年四季都有闪电发生，冬季也会发现少量高强度的闪电活动发生，这对于西藏其他地区而言是十分稀少的现象，这与中国南部的孟加拉湾的风暴活动峰值出现5月和10至12月时间段相吻合。

图4 （2013年3月至2014年12月）西藏地区云地闪强度的空间分布图

2.4 闪电密度分布

从图5可见，西藏地区闪电密度分布与强度分布有所差异，总闪电密度分布与负闪电密度分布大致相似，西藏地区闪电密度分布随着地域而存在较大的差异，这与地形特征有着密切的相关，西藏东南部与中部地区的闪电活动比西北部显著偏多。分析图5发现，闪电高发区大致包括在拉萨、那曲地区、山南地区错那县（27°20'N、92°01'E）、日喀则地区、昌都地区丁青，尤其是中部的那曲和拉萨为全区闪电密度分布最活跃区，这与那曲局地不平的地质结构和强辐射，对活动发展明显等有关。随着社会经济的发展，拉萨的闪电活动和雷灾事件的增加趋势很明显，这与该区域的人类活动、信息设备的增多、工厂和高层建筑物建设等元素有紧密的关系。以上的几个高密度闪电高发区域为西藏高原喜马拉雅山脉走向高闪电密度带，这可能与亚洲南部的印度洋和孟加拉湾热气团输送与喜马拉雅山山脉一带的高闪电密度带形成有关［8］，当高耸隆起的喜马拉雅山遇到从印度洋向北移动的热气团时，这些热气团不断地被高山抬升，有利于引发大量的闪电活动。

图5 （2013年3月至2014年12月）西藏地区闪电分布图

图5（b）和（c）对比发现，西藏地区闪电密度分布以负闪为主，负闪电的密度分布与总闪电密度分布区域大致相似。在西藏的山南地区、日喀则地区、昌都地区、中部的拉萨和那曲区域基本上以负闪电强密度分布为主，其中主要有几个负闪强中心，那曲地区索县和嘉黎县、山南地区浪卡子县，还有东经（89°E至90°E）区域也是负闪强中心，而在山南地区南部的错那县（27°20'N、92°01'E）为正闪强中心，还有（29°9'N、91°5'E）区域也出现较强的正闪电。分析2013年3月至2014年12月西藏地区正地闪的密度分布，正闪电密度分布与负闪的密度分布在区域上较相似，而密度的大小有着很大的差别，正闪电的密度分布及其稀疏，说明西藏地区闪电活动次数频发，但形成的闪电电流峰值强度小。

3 结论与讨论

文章利用西藏自治区气象局闪电监测定位系统获取的2013年3月至2014年12月闪电活动资料，分析了西藏地区云地闪电活动时空分布特征，并比较和讨论与以往研究的西藏高原闪电资料的区别。

分析表明闪电强度有明显的地域性差异，负地闪占闪电总数的80.06%，平均强度为-42.732kA，正地闪占闪电总数的19.94%，平均强度为53.96kA，正、负地闪按月分布呈双峰双谷型，在8月份正闪和负闪的比率最大，高达24倍。文章与2009-2011年林志强等［4］分析的西藏高原闪电时空分布资料结论对比发现，正、负闪占总闪的百分比有升降区别，这种对比后的变化可能与闪电监测到的范围和数量、气候变暖，还有监测仪系统性问题等有关。

从1月至12月西藏地区闪电活动的月分布情况发现，1、2月份几乎没有发生闪电活动，4至9月份西藏地区闪电活动最频繁的时间段，甚至9月份达到峰值13700次，11月至12月闪电活动最少只有11次左右，闪电活动的频次有明显的季节性差异。

西藏地区闪电强度分布大部分在100kA以下，大于100kA闪电活动区域大致有那曲地区的东部、昌都地区西部、山南地区南部错那、日喀则地区西北部还有阿里地区普兰县和狮泉河等地方。闪电强度不仅有地域性差异，还随季节有明显的差异。冬季的闪电强度高夏季低，这可能与西藏高原南部的印度洋热气团向北移动时遇到喜马拉雅山脉时抬升而形成的强对流活动有关。

在中部的拉萨和那曲地区、山南地区大部、日喀则地区、昌都地区等为强闪电密度分布区域，其中那曲地区嘉黎县和索县、山南地区浪卡子县为负闪强中心，而山南错那县为正闪强中心，显然西藏地区闪电强度分布与密度分布有所区别。西藏的东南部为闪电高发区，而西部阿里区域为闪电低发区。阿里区域有一片闪电低发区，已有学者研究表明，可能是由于高海拔的地理位置和干旱气候的原因，还有可能是该区域还没有全面建设闪电定位仪，因此没法观测和记录该区域的闪电活动演变规律。

西藏地区防雷业务存在观测站分布稀少、观测仪器残缺、缺乏专业人才和探测手段、防雷技术等诸多问题，使西藏本地和国内外学者对西藏地区闪电活动规律和时空分布特征的研究有一定困难，缺乏分析这方面的资料和文献，为了进一步了解和掌握西藏地区闪电活动规律和防雷服务业务发挥，应不断地学习国内外先进的探测手段以及气象业务上的分析方法，不断的发展和完善本地的防雷业务系统，为科学编制雷电防护规划、开展雷电风险评估、雷电预警预测、有效防雷减灾提供科学依据。