广元市雷电易发区的特征分析*

侯林松，曹广成，李志明，项朝军

（广元市气象局，四川 广元 628017）

雷电灾害是最严重的十种自然灾害之一，广元市地处山地向盆地过渡地带，属于亚热带湿润季风气候，雷电活动频繁。四川省ADTD型闪电监测系统监测统计，2005-2016年广元市年平均地闪发生次数达5万余次，平均地闪日数高达105天[1]。据不完全统计，自2009年以来广元市因雷电造成的人员伤亡财产损失的灾害事故就有12起，为了进一步了解掌握广元市雷电活动特征，科学提升广元市雷电灾害防御体系建设，有必要对广元市雷电易发区的划分结果进行进一步的研究分析。此外雷电作为一种自然天气现象，通常发生于中小尺度的强对流天气系统，充足的水汽，上升的气流，大气层结的不稳定是形成雷雨云的主要条件。田晨等[2]研究指出下垫面具有的非均匀性特征会对强对流天气产生很大影响，胡艳等[3]研究表明上海地区的下垫面特征会对该地区的雷暴天气产生一定的影响。这些研究表明了下垫面会对雷电的发生产生一定的影响。本文主要通过广元市雷电易发区的划分结果与雷电流强度分布、雷电灾害分布，以及广元市下垫面的地形起伏、海拔高度、水系分布特征进行对比分析研究。

1 资料来源和处理

为排除干扰需要剔除小幅值雷击监测数据，关于小幅值地闪界定范围尚未统一[4]。为了保证对比资料来源的完整和统一，本次研究分析使用的雷电数据来源于广元市雷电易发区区划研究中的排除了小幅值界定值为4kA的2005-2016年广元市雷电监测数据；广元市雷电灾害事故统计来源于全国雷电灾害事例汇编和2009年以来有确切记录的雷电灾害事故；此外使用的地理信息资料主要为广元市雷电易发区区划图，广元市的市县边界图层，12.5 m高精度DEM高程地理图层以及2020年OSM广元水系地理信息资料。

将广元市按照1km×1km（0.010×0.010 ）的分辨率，取得单位区域内雷电发生的频次、平均雷电流强度、海拔高度数据。采用皮尔逊相关性分析方法分析数据的相关性；同时做出不同易发区雷电发生频次区域数量与区域海拔高度关系图以及雷电流强度分布状况。使用领域分析、格栅计算、坡度计算等方法，对高程地理图层进行计算得到的地形起伏数据，其中高程标准差的值越大，坡度越大，地形也就越不平坦。

2 分析结果

2.1 雷电易发区与雷电流强度分布的特征分析

雷电流强度是进行雷电灾害防御设计计算中的重要组成参数之一，在雷电防护措施相同的条件下其强度越高，造成的损失也就越大。广元市2005-2016年雷电监测数据记录到的最大雷电流强度为498kA。通过广元市的市县边界图层与雷电监测数据的连接计算得到每平方公里的平均雷电流强度分布情况如图1（b）所示，与广元市雷电易发区划分结果图1（a）相比较，雷电流强度高的地区主要集中在朝天区、利州区、青川区雷电低易发的部分区域。这可能是由于雷电易发性越高的地区雷电活动次数越多，雷电易发性越低的地区雷电活动次数越少，当雷雨云能量相当时，在高易发区单次释放的能量较小。程向阳等[5]的研究也认为当雷暴云能量经过充分释放后雷电流的强度就不会太大。

图1 广元市雷电易发区划分（a）、雷电流强度分布（b）

2.2 雷电易发区与历史雷电灾害分布的特征分析

在有确切记录的12起雷电灾害事故地理分布如图2所示，在高、中、低易发区均有雷电灾害事故发生的记录，其中有6起雷电灾害事故发生在雷电中、高易发区；6起发生在雷电低易发区，尤其是在属于低易发区的广元市城区就有5起雷电灾害事故。按雷电灾害事故造成的损失划分，雷击人员伤亡事故发生的地区在雷电高易发区和雷电流强度高的区域；发生财产损失的地区在雷电中易发区，而经济社会发展发达、人员密集的广元市中心城区，虽然大部地区为雷电低易发区，但该区域是发生雷击财产损失次数最多的地区。广元市发生雷电灾害的地区主要集中在雷电中、高易发区以及属于低易发区的市城区。

图2 广元市雷电灾害分布情况

2.3 雷电易发区与地形变化和水系分布的特征分析

下垫面情况会对雷电活动产生一定的影响，影响的因素在不同地区得到了不同的研究结论。刘海兵[6]等对江西闪电特征研究表明地形海拔因素对雷电活动具有较大的影响；朱兴明等对2008年广东及周边海域雷电活动研究发现海陆热力差异对沿海地区雷电活动的影响比较大。广元市处于四川盆地北部，山地向盆地过渡，地势由南向北逐步抬升高差达到3000余m。从图3可以看出，广元地区雷电易发区划分与广元市地形走势变化密切相关。位于南部的剑阁县、苍溪县、昭化县以及旺苍县、利州区南部和青川县的东南地形起伏变化较小的中低山区雷电易发性的等级更高。值得注意的是，图1（b）中的雷电流强度高的朝天区东部区域虽海拔高度较高，但该地区地形起伏、坡度相对较缓；同样在利州区雷电流强度高的区域地形起伏、坡度同样相对较缓。

图3 地形起伏状况（a）、坡度变化（b）、海拔高程（b）

通过计算得到雷电易发区分布与海拔高度的相关系数为-0.179，呈微弱的负相关。图4为高、中、低雷电易发区中各区域随海拔高度的变化情况，雷电高易发区分布在海拔高度2100m以内的区域，雷电中易发区分布在海拔高度2700m以内的区域。不同易发性的雷电活动区域海拔高度的分布变化情况基本保持一致，随海拔的升高雷电活动区域面积逐渐增多，达到一定的海拔高度后雷电活动区域的面积逐渐减小。海拔高度450m到1100m的区域是雷电活动最为活跃的地区。海拔高度的变化对雷电的活动会产生的影响没有地形变化的影响大，不是影响广元市雷电易发性分布的主要因素。

图4 雷电易发区海拔高度分布

对比广元市雷电易发区划分与水系的空间分布（见图5），除高海拔相对较高的地区外，在河网、水库越密集的地方雷电易发性的等级越高。因为充足的水汽供应是形成雷雨云的条件之一，在较低海拔的地区气温高，当地面的水系密度越大时能够为局地的强对流天气的发生提供更为充足的水汽供应。

图5 广元市水系分布

3 结论

（1）广元市雷电易发区的易发性分布与雷电流强度分布相反，雷电流强度高的地区位于雷电低易发区，在地形起伏、坡度相对较缓的朝天区东部和利州区是高雷电流强度的主要分布区域。

（2）广元市发生雷电灾害的地区主要为雷电中、高易发区和经济社会发达、人员密集的低易发区。

（3）下垫面特性会对雷电的活动产生影响，但各因素对雷电的活动影响程度不同。广元市的雷电易发性主要受地形起伏变化的影响，剑阁县、苍溪县、昭化县以及旺苍县、利州区南部和青川县的东南部为地形起伏变化小的中低山区，雷电易发性的等级更高。

（4）雷电的活动情况是受多种因素的共同影响，并且其之间的关系、影响因子是非常复杂的。文章只讨论了地形变化、海拔高度、水系因素对雷电活动的影响，还需要对其他影响因素及之间的相互关系进行深入研究。