贵州西南地区雷电活动与地形地貌相关性分析*

朱曦嵘，杨依山，丁 旻，刘 波

（1.贵州省黔西南州气象局，贵州 兴义562400；2.贵州省气象局，贵州 贵阳550000）

黔西南州位于贵州省西南部，紧邻云南和广西，是典型的低纬度高海拔山区，位于贵州高原向广西丘陵盆地过渡的斜坡地带上，地形落差大，特殊的地形地貌导致局地短时强对流灾害天气频发，雷电、冰雹、暴雨等强对流天气每年均给该州造成严重的经济损失。李政[1]在对重庆地区雷电活动中下垫面影响分析指出，雷电活动与海拔高度呈波状分布，并运用行星反照率地表特性、TBB资料得出，地表特性与雷电活动也具有一定相关性贵州的天气气候背景；程向阳等[2]分析了安徽省雷电易发区与海拔高度、地形标准差、水系、土壤电导率的空间相关性；潘建等[3]对土地利用率与江苏省雷电活动中分析，土地类型对雷电频次和雷电强度均有影响；李瑞芳等[4]对在山区雷电活动研究中指出，山体的坡度、宽度、高度均对雷电活动的有所影响。本文应用闪电定位资料、地理高程、土壤信息、土地类型等进行综合分析，找出不同雷电强度等级下雷电活动与地形地貌的相关性。

1 资料来源与数据处理

1.1 闪电资料分析

本文使用2006～2017年贵州省ADTD二维闪电资料。采用QXT405-2017[5]中质量控制要求，剔除雷电流幅值为0～2kA的样本130个（占比0.02%）和200kA以上的样本2605个（占比0.41%）。按照百分位法，将雷电强度划为3个等级，1～3级闪电分别占总闪电数的60%、30%、10%。1～3级闪电和总闪电的分布情况见表1。

表1 黔西南州各级雷电分布表

根据雷电分级的情况，对黔西南州年平均闪电密度进行分析，从图1可以看出1级雷电活动频繁的区域集中在黔西南州北部区域，晴隆县发生最多，其次普安县北部、兴仁县北部和望谟县北部。2级雷电活动区域相对分散，黔西南州北部发生最多，东南部次之。3级雷电活动区域进一步分散，在黔西南州北部、东南部发生最多，南部次之，西部最少。

图1 黔西南州雷电活动分布：（a）不分级、（b）1级、（c）2级、（d）3级

1.2 地理信息资料分析

此外，本文还使用了贵州省1:25万数字地面高程（DEM）数据及地形变化栅格数据、县级以上行政区划及边界矢量数据、1:100万土壤电导率数据、1:100万土地利用率数据等地理信息资料。其中地形差数据是在ArcGIS对DEM数据作邻域分析，求出以目标格点为中心、边长为3个栅格的正方形范围内高程的标准差得到的，用以衡量地形的起伏程度。标准差的值越大，地形差的范围就越大，地形越不平坦；土壤电导率数据来自全国1:100万土壤栅格数据，由南京土壤所根据第2次全国土地调查结果制作，该数据集中包含“T_ECE:Real（电导率）”字段；2015年中国土地利用现状遥感监测数据是中国科学院地理科学与资源研究所在2010年数据基础上，基于landsat 8遥感影像，通过人工目视解译生成。

上述原始地理信息资料，利用ArcGIS软件中空间分析工具，生成0.01°×0.01°栅格的基础地理信息数据进行分析。

2 研究结果

2.1 海拔高度与雷电活动分析

黔西南州海拔高度在278～2143m之间（图2），北部的晴隆县、普安县平均海拔均超过1100m，属于典型的高海拔山区，而南面的册亨县、望谟县大部分区域平均海拔不足600m，整个地形西高东低，北高南低。根据百分位法将海拔高度均分成5个范围，得到表2。

表2 黔西南州海拔高度与雷电活动分布表

图3 可看出，黔西南州雷电活动与海拔高度关系密切，雷电活动随海拔高度的增加而增加。根据雷电分级情况可看出，1级雷电与海拔高度的正相关性最高，在较高海拔范围达到最大值。2级雷电在高海拔范围活动最强，在中海拔、较高海拔范围活动偏弱。3级雷电分布较为平均，受海拔高度的影响不大。

2.2 地形差与雷电活动分析

黔西南州地形差在0～398.6m之间（图2），根据百分位法将地形差均分成5个范围，得到表3。

表3 黔西南州地形差与雷电活动分布表

图3 可看出，黔西南州雷电活动与地形差整体上呈正相关性，地形差大的地方雷电活动均高于平均值，2级雷电与地形差相关性最佳。但1级雷电的活动频率在地形差小的地区仅次于地形差大的地区，呈现“高起点高落差”的趋势。

2.3 土壤电导率与雷电活动分析

黔西南州的土壤电导率数据只有0、0.1、0.3三个数值（图2），分类进行统计得到表4。

表4 黔西南州雷电活动与土壤电导率分布表

图3 可看出，黔西南州的雷电活动与土壤电导率呈负相关性，土壤电导率越低的地方雷电活动越频繁，雷电强度越小，该相关性越强。

2.4 土地利用率与雷电活动分析

黔西南州的土地利用类型包括耕地、林地、草地、水域、居民地和未利用土地6个一级类型（图2），其中水域、未利用土地在黔西南州总面积中占比不足1%，样本太少，不列入统计分析。

图2 黔西南州海拔高度（a）、地形差（b）、土壤电导率（c）及土地类型（d）分布

图3 可看出，黔西南州雷电活动更易于发生在耕地上，其活动频率超过平均值，其次为草地、林地，在城乡、工矿、居民用地最低。根据雷电分级情况，1级雷电活动与土地类型关系最为密切，2级雷电活动次之，3级雷电活动与土地类型关系不大，但在城乡、工矿、居民用地的土地类型上各级雷电活动均明显少于平均值（表5）。

表5 黔西南州雷电活动与土地利用率分布表

图3 黔西南州雷电活动与海拔高度（a）、地形差（b）、土壤电导率（c）及土地类型（d）关系图

3.5 海拔高度、地形差、土壤电导率与雷电活动相关系数分析

雷电活动与海拔高度、地形差及土壤电导率的相关系数分析显示（表6），雷电活动与海拔高度、地形差为正相关，与土壤电导率为负相关；相关性最好的为海拔高度，最差的为土壤电导率。从不同级别雷电与地形地貌的相关性来看，2级雷电与地形差的相关性相对最好，1级雷电与海拔高度的相关性次之，3级雷电与各地形地貌的相关性均不高。

表6 黔西南州雷电活动与海拔高度、地形差、土壤电阻率相关系数表

因黔西南州土壤电导率差异性不大，其中土壤电导率面积占比在90%以上，所以在与雷电活动的相关系数的表现上较差。而1级雷电在低地形差时存在“高起点高落差”的特异性，导致1级雷电与地形差的相关系数较低，但曲线分析显示，从较低地形差开始，各级雷电均与地形差呈较紧密的正相关性。

3 结论

（1）黔西南州雷电活动随海拔高度的增加而增加，1级雷电与海拔高度的正相关性最高，在较高海拔范围达到最大值，但随着雷电强度越大，其正相关性逐渐降低。

（2）黔西南州雷电活动与地形差整体上呈正相关性，地形差大的地方雷电活动均高于平均值，2级雷电与地形差的相关性最佳。

（3）黔西南州的雷电活动与土壤电导率呈负相关性，土壤电导率越低的地方雷电活动越频繁。

（4）黔西南州雷电活动更易于发生在耕地上，其次为草地、林地，在城乡、工矿、居民用地最低。雷电强度越低，与土地类型关系越紧密。

（5）雷电活动与各类地形地貌的相关性和雷电强度关系密切，总体表现为雷电强度越低，受地形地貌的影响越大。