滁州市雷电易发区域划分研究

张辉 李燕峰

摘 要：基于安徽省2010—2016年7个闪电定位系统监测站ADTD闪电资料，在进行完整性、频率分布及空间分布等质量分析后，采用界限值、一致性检验等方法对其进行质量控制，再对质量控制后的闪电资料进行栅格化处理，以雷电流幅值主要指标采用百分位数法将雷电流强度划分为一、二、三级，并形成3个等级的闪电格点资料库。采用GIS绘图技术，绘制滁州6县1市不同强度等级的雷电易发区空间分布图，通过对比分析雷暴日数、海拔高度、地形变化、河网、土壤电阻率等与易发区域划分结果的相关性，对其进行初步订正检验。

关键词：雷电易发区;雷电流强度;闪电定位;雷暴日;滁州市

Abstract： Based on the ADTD lightning data of seven lightning location system monitoring stations in Anhui Province from 2010 to 2016， after quality analysis such as integrity analysis， frequency distribution and spatial distribution， quality control is carried out by using boundary value， consistency test and other methods， and then the lightning data after quality control is rasterized. The lightning current intensity is divided into one， two and three levels by using percentile method based on the main index of lightning current amplitude， and a lightning grid database of three levels is formed. Using GIS mapping technology， the spatial distribution map of lightning-prone areas with different intensity levels in six counties and one city of Chuzhou was drawn. The correlation between thunderstorm days， altitude， terrain changes， river network， soil resistivity and the results of the division of lightning-prone areas was analyzed and preliminarily revised. Key Words： Lightning Current Intensity in Lightning-prone Areas Lightning Location Thunderstorm Days Chuzhou。

Key words： Lightning-prone areas; Lightning current intensity; Lightning location; Thunderstorm days; Chuzhou City

1 引言

雷電一种极端的放电现象，通常产生于强对流天气中，并伴有冰雹、大风等恶劣天气，雷电灾害被联合国相关部门列为“最严重的10种自然灾害之一”。近年来，随着经济社会的发展、电子信息设备的广泛运用和楼宇智能化的普及，雷击灾害特别是雷电电磁感应对电子信息设备的危害日益凸显，经常造成严重的经济损失，被IEC列为“电子化时代的一大公害”[1]。

滁州市位于安徽省东部，处于长江中下游平原及江淮流域之间，为南北气候过渡带、属北亚热带湿润季风气候。受季风气候、复杂多样的地形地貌、淮河干流和滁河及高邮湖3大水系的影响，极易出现雷电、冰雹、大风、暴雨、龙卷等灾害天气。据统计，雷电每年都会造成较大的经济损失和人员伤亡。本研究在安徽省雷电易发区划分的基础上，深化精细滁州地区的雷电易发区域划分，以为城乡规划、重大项目选址、农村雷电防御、雷电灾害防御体系建设提供科学的参考和技术支撑。

2 资料收集统计和处理

2.1 资料收集 闪电定位资料来自安徽省7个（合肥、阜阳、蚌埠、安庆、六安、黄山、宣城）闪电定位系统监测站2010—2016年6年的观测数据（图1）。ADTD闪电定位系统定位的原理是时差法与磁定向法联合定位方式，其单站探测范围可达150km左右、探测效率在90%以上，可以观测雷击的发生时间、经纬度、电流强度、极性、陡度、回击次数等13项参数，比LD-Ⅱ型闪电定位系统的准确度更高、误差更小，在雷电业务、雷灾调查鉴定、项目科研中被广泛应用;雷暴日数资料来源于天长市、明光市、全椒县、来安县、凤阳县、定远县和滁州市本级7个气象观测站1980—2011年30年的年雷暴日数观测数据。雷暴日表征一个地区的雷电活动特征，即1个地区1年中发生雷暴的日数，即便只有1次雷声也计为1个雷暴日。

2.2 资料处理 受周围电磁环境和地形地貌等多种因素的影响，ADTD闪电定位系统的探测数据存在一定的误差和不确定性，若直接引用，会对研究结果的精确性产生影响。为此，本研究针对异常数据和小幅值雷电流数据进行质量处理和控制：

2.2.1 异常数据处理控制 经统计分析滁州市历年雷暴日和闪电定位观测资料，滁州市雷暴活动和闪电主要集中在每年的4—10月，而1—3月、11—12月发生雷暴的次数很少，有雷暴活动的观测日全滁州市仅仅只有单次的闪击过程。通过对比该日天气现象探测记录以及雷达回波观测资料，当有雷暴发生但气象台站没有雷暴天气现象记录、且雷达回波最大强度小于40dBz时，则认为此次回击是由于周围电磁环境噪声或仪器自身造成的异常数据，将不予考虑并予以剔除[2]。

2.2.2 小幅值雷电流数据处理控制 程辉[4]等《基于正态分布拟合与检验的闪电定位资料控制》、栾健[5]等《闪电定位资料的误差订正》、李家启[6]等《闪电定位资料质量控制中小幅值地闪范围的研究》、李京校[7]等《利用SAFIR资料对北京及其周边地区地闪参数的特征分析》的研究成果表明：雷电流幅值观测数据符合对数正态模型，剔除10kA以下区间后的地闪数据拟合效果最符合。因此，本研究将雷电流幅值小于10kA的小幅值雷电流数据视作无效和干扰数据，雷电流幅值位于此区间内的正负地闪不予考虑（表1）。

2.3 等级划分方法 参照安徽省、贵州省雷电风险区划等级划分方法，采用自然断点分级法，结合滁州市及各县区年雷暴日数介于10～42d，小于90d，属于中雷区和多雷区的时空分布特征，故从闪电分布、雷电强度和灾害风险管理等方面考虑，将滁州市易发区域等级分为高、中等和一般3级。自然断点分级法（Jenks优化方法）是采用数据聚类，原理是减少类的方差，最大限度地提高类之间的差异，计算采取重复迭代过程，通过重复计算不同的数据集，确定最小的类方差，直到偏差的总和达到最小值为止。

3 雷电风险区划及防护等级划分

3.1 滁州市闪电分布和特征 经统计滁州地区闪电定位资料，本研究使用的有效闪电定位数据样本计853964个，其中负闪813976个，约占总样本数95.3%。滁州市月平均雷电分布情况见图2，月雷电幅值均值见图3。流分析闪电强度分布情况可以得出，正闪最大分布强度主要集中在20～70kA，负闪最大分布强度主要集中在10～60kA（图4）。

3.2 雷电强度等级划分标准 “雷电流幅值”是闪电监测数据中的重要指标型参数之一，参照安徽省雷电易发区区划等级划分标准，从雷电原理而言，幅值越大，能量越大，雷击造成的损失也就越大。故滁州市雷电强度等级划分标准采用百分位数法以雷电流幅值主要指标，将雷电强度划分为3级（见表2）。

3.3 雷电易发区划分 详见图5、6。

4 雷电易发区域区划对比分析验证

《建筑物防雷设计规范》GB 50057—2010版、雷电学原理（陈渭民著）指出，雷电具有选择性，土壤电阻率、河流、山地及丘陵等地形、海拔高度、地下金属矿区等环境因子对雷电发生具有较大的影响，不同环境因子影响也不相同。本文将通过与雷暴日数、海拔高度、地形地貌、河流水网、土壤电导率等影响因子的相关性、一致性进行对比分析，对雷电易发区划分结果进行初步的订正和检验。

4.1 与雷暴日数的空间分布对比分析 滁州市7个气象观测站点近30年（1981—2010）年平均雷暴日数的统计结果（表3）表明：年平均雷暴日数最大值出现在来安县，为30.6d;最小值出现在明光市，为21.5d。从年平均雷暴日数的空间分布来看，滁州6县1市年平均雷暴日数均小于40d，属多雷区，来安县的年平均雷暴日要明显高于其他县市，自北向南呈递增的趋势。从滁州市雷电易发区划分结果可以看出，来安县、天长市、滁州市区明显高于其他县市，易发区等级自北向南也呈递增的趋势，与雷暴日数的空间分布对比拟合程度和一致性比较高（图7）。

4.2 对与地形变化及海拔高度的空间分布对比分析 刘海兵等对江西闪电特征海拔高度影响分析指出，闪电密度随着海拔高度上升逐渐减小，强度随着海拔高度上升逐渐增强，闪电发生于山地显著高于丘陵和平原地区[8];王凯等对安徽省皖南山区地闪特征对比分析指出，皖南山区地闪密度明显高于安徽省北部和中部的平原丘陵地带[9]。从滁州市易发区划分结果（图8、图9）可以看出，地形因素和海拔高度对雷电活动具有较大的影响，山地雷电易发等级显著高于丘陵和平原地区。

4.3 与河网及土壤电阻率的空间分布对比分析 李霞等对苏州地区雷电分布规律分析研究发现，在河流和水网密集的低土壤电阻率地区，其雷电频次越高、雷电易发等级也越高[11]。对比滁州市易发区划分结果可以发现，河网密集和低土壤电阻率區域的易发等级相对高于其他区域（图10、11）。

5 结论

本研究基于安徽省2010—2016年7个ADTD闪电定位系统监测站6年的观测数据进行了质量控制，剔除了异常数据和10kA以下的小幅值雷电流数据后，得到有效闪电定位数据853964个，其中负闪813976个，约占总样本数95.3%。从闪电强度分布情况来看，正闪强度介于0～80kA，最大分布主要集中在20～70kA，负闪强度介于0～200kA，最大分布主要集中在10～60kA。

通过分析滁州市闪电密度（Ng=0.1×Td）、月年雷暴日时空分布、正负闪格点资料、闪电强度和幅值及百分位数法，将雷电流的强度细化为3个等级，雷电强度自北向南总体上呈递增的趋势。但在部分县市的分布上又存在较大差别，例如，定远虽然处在一级雷电高易发区，但却为二级雷电中等易发区，表明定远发生雷电的频次较高，但强度却不大。

滁州市雷电高易发区主要分布在天长市北部部分区域和中部及南部大部分区域、来安县北部和南部大部分区域及中部部分区域、滁州市北部和中部部分区域及南部大部分区域、全椒县东部和北部及南部小部分区域;中等易发区主要分布在天长市中北部和南部部分区域、来安县西部和北部部分区域、明光市、凤阳县、定远县和全椒县大部分区域、滁州市西部和中部小部分区域;一般易发区主要分布在凤阳县西部大部分区域、定远县西部和中南部小部分区域、明光市中部和北部小部分区域、全椒县西部小部分区域、天长市北部小部分区域。

通过对比分析雷暴日数、海拔高度、地形地貌变化、河网、土壤电阻率等环境因子的空间分布与易发区结果的相关性发现：地形和河网对雷电活动具有显著的影响，山地丘陵地区雷电活动密度相对较高;河网密集区，其雷电频次、雷电易发等级也相对较高。

6 讨论

本研究仅采用2010—2016年6年的闪电资料观测数据进行统计分析，数据年限比较短、数据量不够充分。同时，闪电资料观测数据虽经异常处理控制，但误差仍客观存在。下一步应积累更长年限的观测数据，对滁州市闪电分布和特征进行精细化研究分析，完善易发区的区划结果。

云地闪的发生主要由雷暴天气系统与水汽因子、地形地貌变化、土壤导电性能、局地性气候及下垫面等多方面要素综合作用而成，存在非常复杂的非线性关联。本文结合现有的观测资料，仅从雷暴日数、海拔高度、地形地貌特征、河网密集程度、土壤电阻率等方面与雷电易发区划分结果进行了初步的对比和分析，虽然发现和得到了一些相关性的结论，但对云地闪发生的主导因素和机理，今后仍需进行更加深入、细致的分析研究。

参考文献

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（责编：张宏民）