广元市雷电易发区的划分

侯林松　王璐思　曹广成　袁中涛

摘 要：利用排除小幅值干扰的2005—2016年广元市雷电监测数据，采用克里金-高斯函数模型插值分析，通过自然间断点法对广元市雷电易发区进行划分，并利用1990—2013年广元市人工观测资料计算出的结果对该划分结果进行验证。结果表明：广元市雷电易发性由南向北逐渐降低，雷电高易发区主要分布在剑阁县以及青川县南部，昭化区西部和中部;中易发区主要分布在青川县中部，利州区、旺苍县南部以及苍溪县大部分区域;低易发区主要分布在朝天区以及旺苍北部，青川的北部和西部。划分结果能通过人工观测资料的对比验证，用该方法做出的广元市雷电易发区的区划结果具有较高的可靠性。

关键词：雷电易发区;雷电监测;广元市

中图分类号：P429文献标识码：A文章编号：1003-5168（2021）15-0141-03

Abstract： Using the lightning monitoring data of Guangyuan City from 2005 to 2016 excluding small amplitude interference， the lightning prone areas of Guangyuan City were divided by using the natural discontinuity method by using Kriging Gaussian function model interpolation analysis， and the division results were verified by using the results calculated from the manual observation data of Guangyuan City from 1990 to 2013. The results show that the lightning susceptibility of Guangyuan City decreases gradually from south to north， and the high lightning susceptibility areas are mainly distributed in the south of Jiange county and Qingchuan County， the West and middle of Zhaohua district; Middle prone areas are mainly distributed in the middle of Qingchuan County， Lizhou District， the south of Wangcang County and most areas of Cangxi County; Low risk areas are mainly distributed in Chaotian District， the north of Wangcang and the north and west of Qingchuan. The division results can be verified by the comparison of manual observation data. The division results of lightning prone areas in Guangyuan City made by this method have high reliability.

Keywords： lightning prone area;lightning monitoring;Guangyuan City

广元市地处四川北部边缘，山地向盆地过渡地带，强对流天气频发，每年都有因雷电造成的人员和财产损失。开展广元市雷电易发区的划分不仅符合《国务院关于优化建设工程防雷许可的决定》（国发〔2016〕39号）提出的明确要求，而且是广元市开展防雷减灾工作的重要环节。近年来，多数学者对雷电易发性进行等级划分。胡颖利用ArcGIS软件制作了2007—2016年云南省年平均闪电密度分布图，真实反映出云南省近10年雷电发生的实际情况;同时，采用自然断点法将云南省雷电易发性等级划分为五个等级，分别为：一般易发区、中易发区、较高易发区、高易发区、极高易发区，并指出各雷电易发等级的分布区域[1]。吴安坤等利用近10年闪电监测资料生成贵州省地闪密度分布图，采用自然间断分类法进行雷电易发性等级划分，准确地标识出贵州省雷电发生的实际情况[2]。本文采用排除小幅值干扰的2005—2016年广元市雷电监测数据，通过插值分析、自然断点分类完成对广元市雷电易发区的划分，最后利用人工观测的年均雷暴日数对划分结果进行检验，验证划分结果的准确性。

1 资料和方法

1.1 资料来源和质量控制

本次研究中使用的雷电数据来源于四川省ADTD型闪电监测系统2005—2016年记录的广元地区509 454条雷电数据，其中包含时间、经纬度、雷电流强度等记录;区划所用的地理信息图层为2019年乡镇区划调整前广元市的市县边界图层;对比检验所用的人工观测雷暴日数为1990—2013年广元市5个国家气象站观测数据，其中，剑阁新县城的气象站人工观测雷暴日数仅持续两年，数据记录不足，因此选用剑阁老县城气象站记录的1990—2011年人工观测雷暴日数。

目前，国内外学者普遍认为，闪电定位资料中存在雷电流强度的小幅值干扰情况。对于小幅值的范围，国内外学者均提出不同的界定值[3-4]，主要界定值有2 kA、5 kA、10 kA。由于雷电是一种自然天气现象，在不同地形地貌、气候条件下，雷电强度的小幅值界定值也会存在一定的差异。参考国内学者对小幅值地闪范围的研究方法[5-6]，可以利用函数拟合的方法排除雷电流强度的小幅值干扰。为了便于研究计算，将负地闪雷电流强度进行取绝对值处理，如表1所示。从表1可知，随着雷电流强度的降低，对应强度范围内的雷电发生频次呈下降趋势，雷电流强度小于2 kA的雷电数据占总数的0.001%，结合对小幅值地闪范围的研究结论，直接将其作为干扰数据剔除。当雷电流强度在6 kA以下时，雷电数据占比达到10%以上，不宜作为干擾数据被剔除。因此，本文主要是对剔除雷电流强度分别为3 kA、4 kA、5 kA以下的雷电数据进行函数拟合，确定界定值，排除小幅值数据干扰。

广元地区雷电流强度分布具有正态分布特征，对2005—2016年完整雷电监测数据进行正态分布拟合（见图1），雷电流强度在4 kA位置时与拟合曲线的拟合度程度最佳。将分别剔除雷电流强度小于3 kA、小于4 kA、小于5 kA的数据进行正态分布拟合（见表2），当剔除小于4 kA的雷电数据时拟合结果更优。分析表明，小幅值干扰数据的界定值为4 kA，进行易发区划分时剔除雷电流强度绝对值小于4 kA的雷电监测数据。

1.2 划分方法

用一定区域内的年平均雷电活动次数来表现该区域的雷电易发性。将广元市地理图层1 km×1 km区域内离散的雷电活动频次数据转换为连续的曲面时，为了提高插值计算的准确性，对雷电活动频次数据进行探索性数据分析，见图2所示。由图2可知，广元市雷电活动的频次变化分布接近于正态分布，选用对正态分布预测精度最高的克里金法进行插值分析。

在利用克里金法进行插值分析时，需要根据数据的特性选择变异函数模型，可以通过变异函数的拟合曲线判断雷电活动频次数据的空间相关性，确定变异函数模型。利用GS+软件得到数据的球形模型、指数模型、高斯模型拟合参数（见表3），其中，高斯模型自相关性、拟合程度最好（见图3）。综上所述，在广元市雷电易发区的区划研究中，选用克里金-高斯函数模型进行插值分析。

目前，对雷电易发区的划分级数虽然还没有统一的标准。在《建筑物电子信息系统防雷技术规范》（GB 50343—2012）中，按照雷暴日数划分了4个雷电活动等级，利用雷击大地年平均密度计算公式（[Ng=0.1Td]）计算，得到对应的雷击大地年平均密度分别为2.5次/（km2·a）、4.0次/（km2·a）、9.0次/（km2·a）。对广元市雷电监测数据所统计的广元市各区县行政区域年平均雷暴日数进行计算，广元市的雷击大地年平均密度最大仅为6.5次/（km2·a），广元市雷电易发区划分为低易发区、中易发区、高易发区三个等级最佳。在ArcGIS标准分类方法中，自然断点分级法能使每一组数据内部的相似性最大，而组与组之间的相异性最大，同时能兼顾每组要素的范围和个数尽量相近，广元市雷电易发区的划分中使用自然间断点分级法进行等级划分。

2 雷电易发区划分

雷电易发区划分为高易发区、中易发区、低易发区3个等级，自然断点为2.15和3.57，即平均雷击大地密度≤2.15次/（km2·a）为低易发区，平均雷击大地密度在2.15～3.57次/（km2·a）为中易发区，平均雷击大地密度≥3.57次/（km2·a）为高易发区。通过研究可知广元市雷电易发性由南向北逐渐降低，高易发区主要分布在剑阁县以及青川县南部，昭化区西部和中部;雷电中易发区主要分布在青川县中部，利州区、旺苍县南部以及苍溪县大部分区域;雷电低易发区主要分布在朝天区以及旺苍北部，青川的北部和西部。

表4为利用人工观测年均雷暴日数计算出的雷击大地年平均密度。按照区划研究中的自然断点划分，除青川观测点为低易发区外，其余观测点位于中易发区，对比区划图中观测点所在地理位置的雷电易发性状况，青川县、苍溪县、旺苍县、剑阁县观测点在区划图中的易发性同人工观测数据计算划分出的易发性结果一致，市本级观测点虽处于雷电低易发区，但在距离其不到1 km处有雷电中易发区分布，这一区域是在人工观测雷电的距离范围内。

3 结语

经过对比验证，该研究方法能完成对广元市雷电易发区的划分。广元市雷电易发性由南向北逐渐降低。高易发区主要分布在剑阁县以及青川县南部，昭化区西部和中部;雷电中易发区主要分布在青川县中部，利州区、旺苍县南部以及苍溪县大部分区域;雷电低易发区主要分布在朝天区以及旺苍北部，青川的北部和西部。

参考文献：

[1]胡颖，殷娴，周清倩，等.基于ArcGIS的云南省雷电易发性等级划分及防范措施[C]//第35届中国气象学会年会S19雷电物理和防雷新技术：第十六届防雷减灾论坛.合肥：中国气象学会，2018：116-121.

[2]吴安坤，黄钰，陈春，等.雷电易发性等级划分研究[J].贵州气象，2017（2）：53-55.

[3]程向阳，陶寅，邱阳阳.安徽省雷电易发区域划分[J].气象科技，2018（4）：785-791.

[4]王学良，张科杰，余田野，等.雷电流幅值概率分布特征及累积概率分段修订[J].气象科技，2016（6）：1037-1042.

[5]李家启，栾健，王鹏，等.闪电定位资料质量控制中小幅值地闪范围的研究[J].高电压技术，2014（3）：727-728.

[6]劉芸.贵州省闪电定位资料中小幅值地闪范围研究[J].防灾科技学院报，2016（3）：53-58.