近十年江漢平原雷電活動特征分析與災害防御

江平　張科杰

摘要：為研究江漢平原云地閃電活動特征，依據湖北省ADTD（Adranced Direction Finding on Time Difference）閃電監測系統2007-2016年10年的監測資料，采用數理統計方法，對該區域10年間云地閃電頻次的年、月、日和季節變化以及雷電流幅值分布特征進行統計分析。結果表明，2007-2016年，云地閃電頻次有逐年降低的趨勢，但正閃比例逐年升高，頻次未降。年平均負閃電頻次占總閃電頻次的94.50%，正閃占5.50%。夏季閃電頻次最多，但正閃占比最小，僅有4.70%；冬季閃電最少，而正閃占比最大，是夏季正閃電占比的2.5倍以上?？傞W電頻次的月變化呈現單峰型特征，峰值出現在7月，12月閃電頻次最少。通常狀況下，正閃平均強度均大于總閃平均強度和負閃平均強度，正閃平均強度在25～70 kA之間；總閃和負閃的平均強度在30～45 kA之間?？傞W電頻次日變化特征明顯，呈單峰單谷型，其中，云地閃電頻次最多和最少的時段分別出現在15：00～16：00和10：00～11：00，農民外出勞作應盡量避免雷電高發時段。

關鍵詞：云地閃；閃電頻次；幅值；分布特征

中圖分類號：P427.3 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2017）20-3849-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.20.015

Abstract： In order to study the activity characteristics of cloud to ground lightning in Jianghan plain，according to the monitoring data of ADTD（Adranced Direction Finding on Time Difference） lightning monitoring system in Hubei province during the ten years of 2007-2016，using the method of mathematical statistics， the region ten years of cloud to ground lightning frequency of the year，month，day and seasonal changes and the amplitude of lightning current distribution characteristics were analyzed. The results showed that the 2007-2016，cloud point frequency was gradually decreased year by year， but the proportion and frequency of positive lightning increased year by year，did not fall. The annual average negative lightning frequency accounted for 94.50% of total lightning frequency，and 5.50% of positive lightning frequency. The lightning frequency was the highest in summer，but the percentage of positive lightning was the smallest， only 4.70%. Lightning was the least in winter，while the percentage of positive lightning was the largest，which was more than 2.5 times of the percentage of positive lightning in summer. The monthly change of total lightning frequency showed a single peak characteristic，the peak appeared in July，and the lightning frequency was the least in December. Under normal conditions，the average intensity of positive lightning was greater than the average intensity of the total lightning and the average intensity of negative lightning. The average intensity of positive lightning was between 25～70 kA，and the average intensity of total and negative flashes was between 30～45 kA. The characteristics of diurnal variation of total lightning frequency was a single peak and single valley type，the cloud to ground lightning frequency maximum and minimum time respectively appeared between at 15：00～16：00 and 10：00～11：00， farmers out labor should avoid high incidence of lightning.endprint

Key words： cloud-to-ground lightning； lightning frequency； peak value； characteristics of distribution

雷電是自然界中的一種放電現象，其具有大電流、高電壓和強輻射等特點，對國家經濟、人民生命財產和自然環境造成直接或間接的影響，因此，研究雷電發生和發展的規律，以及對其參數的分析，一直是雷電物理學領域研究的重要內容[1-5]。隨著雷電災害近年來越來越被重視，國內外相關學者對各區域的雷電時空分布特征進行了相關研究，得出了區域雷電活動規律[6-10]；同時，在農村雷電防護方面，針對農村防雷的現狀，也有不少相關理論研究[11-15]。江漢平原位于長江中游和漢江中下游，湖北省的中南部，主要包括荊州市、荊門市、仙桃市、潛江市、天門市，以及孝感市、武漢市的部分地區（圖1）。江漢平原物產豐盛，是中國著名的農產地，其湖區也是著名水產區；同時，農村地區也是雷電災害易發區。因此，選取江漢平原區域，根據2007-2016年湖北省雷電定位監測數據，結合此區域的地貌特點、雷電易發因素，對江漢平原雷電活動特征進行分析，為該區域雷電災害防御措施的制定提供相關依據。

1 資料來源與統計方法

所用到的云地閃電資料來源于湖北省ADTD（Advanced Direction Finding on Time Difference）雷電定位監測系統，該系統可統計出云地閃電發生的位置、雷電的極性、雷電流強度大小、陡度大小等相關信息。采用湖北省ADTD雷電定位系統2007年1月1日至2016年12月31日監測的相關資料，分別統計江漢平原各行政區域的年、季、月、日以及各時段的正閃、負閃、總閃電頻次和雷電流幅值。在季節劃分上，采用按照月份劃分的方式，即春季為3～5月；夏季為6～8月；秋季為9～11月；冬季為12月以及1月、2月。

2 雷電活動特征

2.1 年分布特征

根據2007～2016年10年閃電數據資料（表1）顯示，江漢平原共監測到云地閃電894 503次，其中正閃49 179次，負閃845 324次。負閃頻次占總閃頻次的94.50%，正閃所占比例為5.50%。雷云的下部主要帶負電荷，上部帶正電荷[16]。當云頂集中的電荷達到擊穿空氣的強度時，就會對地面或空中放電，云層對地面的放電稱之為云地閃。由于正電荷距離地面的高度比負電荷距地高度高，擊穿空氣所需的強度更大，因此，云地閃電中負閃比例高于正閃比例。江漢平原10年的統計平均值與王娟等[9]研究成果相一致。

從2007-2016年各年的數據來看，云地閃電數據逐年變化明顯。從圖2可以看出，2007-2016年，江漢平原總閃頻次和負閃頻次呈現逐年減少趨勢，且趨勢明顯。2016年總閃頻次較2007年減少了114 825次，其發生云地閃電頻次僅為2007年云地閃電頻次的24.83%，而正閃頻次則無明顯變化。由于總閃頻次的減少，導致正閃頻次占總閃頻次的比例呈現增加的趨勢。同時，自2012年起，正閃頻次占總閃頻次比例超過5%，2016年正閃頻次占比達11.62%，明顯高于平均水平。

2.2 季節分布特征

根據2007年1月至2016年12月閃電資料，統計不同季節平均閃電頻次，并計算各季節閃電頻次占全年閃電的百分比和白天占全天閃電頻次的百分比（表2）。從表2可以看出，一年中，夏季閃電頻次最多，為694 762次，占全年閃電頻次的77.67%，但正閃占比最小，僅有4.70%；冬季閃電最少，總閃電頻次僅有11 049次，僅占全年閃電頻次的1.24%，而正閃占比最大，達12.62%，是夏季正閃電占比的2.5倍以上；春季閃電頻次和負閃占比均高于秋季。

2.3 月分布特征

2.3.1 閃電頻次的月分布 根據2007-2016年閃電數據，統計了各月平均正閃、負閃和總閃電頻次，結果見圖3。由圖3可知，閃電活動的月變化呈現單峰型特征，峰值出現在7月。從全年來看，1～6月，閃電頻次逐月增加明顯，到7、8月出現峰值，9月驟減，11月有微弱增加。由此表明，閃電頻次隨著北半球氣溫逐月升高而增加，隨氣溫逐月下降而減少[17]，即在時間變化上，閃電頻次的月變化與氣溫變化基本同步。

統計資料（圖3）表明，7月是閃電頻次最多的月份，總閃電頻次為328 212次，其中負閃311 873次，正閃16 339次；12月是閃電頻次最少的月份，總閃電頻次僅為36次。4～8月是閃電活動高發月份，此時間內總閃電頻次占全年閃電頻次的91.62%；7和8月是閃電活動最頻繁的兩個月，共發生云地閃電601 249次，占10年閃電頻次的67.22%。10、12和 1月雷電活動較少，僅占全年總閃電頻次的0.4%。由于7～8月空氣中水汽含量最為充足，對流云發展是一年中最旺盛的季節，0 ℃層高度也較高，不穩定能力增強，有利于云內電荷的形成與積累并形成閃電[9]。因此，7～8月雷電活動最頻繁，也是雷電防護的關鍵時期。

2.3.2 平均閃電強度月分布 2007-2016年正閃、負閃和總閃強度月分布見圖4。由圖4可知，除12月外，其余月份正閃平均強度均大于總閃平均強度和負閃平均強度。正閃平均強度跨度區間較大，在25～70 kA；總閃和負閃的平均強度年變化率相對較小，總閃和負閃的平均強度均在30～45 kA。1～5月，正閃的平均強度隨著氣溫的升高呈現下降的趨勢，6～9月，正負閃的強度平均值差異最小，從10月開始，正閃平均強度隨著氣溫的降低再次走高。其主要原因可能是與空氣中的水汽含量有關。由于地球表面帶負電荷，云頂的上部帶正電荷，下部帶負電荷，擊穿距離較長，在通常狀況下，正電荷擊穿空氣對地放電難度較負電荷對地放電難度要大，這也是負極性閃電的頻次要遠高于正極性閃電頻次的原因。即隨著氣溫的不斷升高，空氣中濕度增大，水分子增多，云頂電荷擊穿空氣對地放電難度相比干燥空氣狀況下降低，因此，夏季正閃的平均雷電流強度有明顯的降低；相反隨著氣溫的降低，12月的閃電平均強度狀況出現倒掛，其原因可能是12月閃電樣本較少造成的。endprint

2.4 日變化特征

2.4.1 閃電頻次日分布 由2007-2016年閃電頻次逐小時變化（圖5）可知，總閃電頻次日變化特征明顯，呈單峰單谷型。4：00～13：00是閃電頻次較少的時段，閃電頻次合計167 711次，占所有閃電頻次的18.75%。云地閃電頻次最少的時段出現在10：00～11：00，10年僅發生地閃12 098次；從13：00開始，云地閃電頻次開始明顯增加，在15：00～16：00出現峰值，此時間段10年共發生地閃64 483次，超過地閃最少時段的5倍。14：00～18：00是閃電活動最頻繁的時間段。上述分析表明，江漢平原在15：00～17：00前后，是雷電天氣集中發生時段，也是強對流災害天氣多發時段，10：00～11：00前后是雷電等強對流天氣少發時段。

2.4.2 不同季節閃電頻次日分布 對2007-2016年各季閃電頻次逐小時變化（圖6）分析可知，不同季節各個時段的閃電頻次變化差異明顯。春季總閃電頻次日變化呈現U型分布，該季節閃電活動最頻繁的時段出現在21：00至24：00期間，7：00～13：00為閃電活動相對較弱的時段，峰值出現在22：00～23：00，谷值出現在10：00～11：00；夏季總閃電頻次日變化呈現單峰單谷型，該季節閃電活動最頻繁的時段出現在14：00～18：00，7：00～13：00為閃電活動相對較弱的時段，峰值出現在15：00～16：00，谷值出現在10：00～11：00；秋季總閃電頻次日變化呈現U型分布，該季節閃電活動最頻繁的時段出現在24：00至4：00期間，7：00～13：00為閃電活動相對較弱的時段，峰值出現在2：00～3：00，谷值出現在10：00～11：00；冬季發生云地閃電頻次較少，各時間段無明顯差異，各個時間段均有閃電發生，大致呈現“一”字型分布。該季節閃電峰值出現在1：00～2：00，谷值出現在7：00～8：00。

從上述統計分析來看，各季的閃電高發時段均不相同。春季在21：00～24：00，夏季在14：00～18：00，秋季在0時至4：00前后，冬季在1：00～2：00，是雷電集中高發時段。春、夏、秋3季的谷值均出現在10：00～11：00，7：00～13：00為閃電活動相對較弱的時段。

3 區域防雷現狀及防護重點

江漢平原地勢平坦，主要以農業為主，種植大田作物和經濟作物，區域內水域較多。農民在田間進行勞作，由于地域空曠，極易發生雷擊事故。而在空曠的田野上，幾乎沒有安全躲避之處。雷雨時，農民往往會躲在大樹下避雨，或把鋤頭等金屬農具扛在肩頭往回走，多數雷擊災害事故在此時間段內發生。據資料統計，雷擊傷亡事故發生在農村的人數占90%以上[11]。

由于地域廣闊，實現有人活動區域防雷裝置全覆蓋幾無可能，但可以從以下幾點降低雷電災害的致災率。首先，建立緊急避難場所，完善現有直擊雷防護裝置；雷電多發于強對流天氣過程，從發生到發展時間短，由于農地距離家里較遠，往往來不及回家躲避，在距離田間較近的地方建設防雷應急避難場地，可降低雷擊事故的風險。同時，農村的房屋多數沒有直擊雷防護措施，增加防雷裝置，可大幅降低雷災事故的概率。其次，引進雷電災害預警信息；雷電的發生和發展有一定規律可循，了解雷電易發時段，及時獲取預警信息，可有效躲避雷電。最后，加強群眾安全教育，普及雷電常識。大多數雷電是可以采取科學措施防范的，加強農民的防雷意識、自身保護意識、雷電科學常識，可幫助農民在空曠地域或生活中采取有效的方法應對雷擊。

4 小結

1）從2007-2016年10年統計結果可以看出，云地閃電頻次有逐年降低的趨勢，但正閃比例逐年升高，頻次未降。年平均負閃電頻次占總閃電頻次的94.50%，正閃占比5.50%。

2）夏季閃電頻次最多，占全年閃電頻次的77.67%，但正閃占比最小，僅有4.70%；冬季閃電最少，僅占全年閃電頻次的1.24%，而正閃占比最大，高達12.62%，是夏季正閃電占比的2.5倍以上。

3）總閃電頻次的月變化呈現單峰型特征，峰值出現在7月，12月閃電頻次最少。閃電活動主要集中在4～8月，閃電頻次占全年閃電頻次的91.62%，7～8月為雷電高發生期，同時也是雷電防護的重點時期；10、12和1月雷電活動較少，僅占全年總閃電頻次的0.4%。通常狀況下，正閃平均強度均大于總閃平均強度和負閃平均強度，正閃平均強度在25～70 kA；總閃和負閃的平均強度在30～45 kA。

4）總閃電頻次日變化特征明顯，呈單峰單谷型。從4：00至13：00是閃電頻次較少的時段，其中，云地閃電頻次最少的時段出現在10：00～11：00；從13：00開始，云地閃電頻次開始明顯增加，14：00～18：00是閃電活動最頻繁的時間段，其中，在15：00～16：00出現峰值，此時間段內發生的閃電頻次超過閃電最少時段的5倍。

從季節上來看，各季的閃電高發時段均不相同。春季在21：00～24：00，夏季在14：00～18：00，秋季在0時至4：00前后，冬季在1：00～2：00，是雷電集中高發時段。春、夏、秋季3季的谷值均出現在10：00～11：00，7：00～13：00為閃電活動相對較弱的時段。農民外出勞作應盡量避免雷電高發時段。

5）目前雷災造成人員傷亡的事件多發生在農村，故應加強農村的防雷工作建設，建立緊急避難場所，完善現有直擊雷防護裝置，引進雷電災害預警信息，加強群眾教育，普及雷電常識，以降低農村雷電災害發生的概率。

6）區域閃電頻次逐年減少的原因，還有待進一步探究。

參考文獻：

[1] 王道洪，郄秀書，郭昌明.雷電與人工引雷[M].上海：上海交通大學出版社，1999.

[2] 羅 霞，陳渭民，李照榮，等.雷暴云電結構與閃電關系初探[J].氣象科學，2007，27（3）：280-286.

[3] 許小峰.國家雷電監測網的建設與技術分析[J].中國工程科學，2002，4（5）：7-13.

[4] 袁 鐵，郄秀書.衛星觀測到的我國閃電活動的時空分布特征[J].高原氣象，2004，23（4）：488-494.

[5] 張義軍，孟 青，馬 明，等.閃電探測技術發展和資料應用[J].應用氣象學報，2006，17（5）：611-620.

[6] 張 宇，張 翼，廖慕科，等.桂林雷暴時空分布特征分析[J].農業災害研究，2011，1（2）：80-82.

[7] 王學良，余田野，朱傳林，等.我國中部五省雷暴日時空分布特征[J].熱帶地理，2013，33（1）：13-20.

[8] 王學良，劉學春，黃小彥，等.湖北地區云地閃電時空分布特征分析[J].氣象，2010，36（10）：91-96.

[9] 王 娟，諶 蕓.2009-2012年中國閃電分布特征分析[J].氣象，2015，41（2）：160-170.

[10] 李家啟，申雙和，夏佰成，等.基于ADTD系統的閃電頻次分布特征分析[J].熱帶氣象學報，2011，27（5）：710-716.

[11] 周紅彬.農村防雷現狀及科學防雷措施[J].寧夏農林科技，2012， 53（7）：65-66，68.

[12] 朱 明，丘志彪，蔡木民，等.探討農村雷電災害的成因及防雷減災對策[J].氣象研究與應用，2012，33（1）：90-92.

[13] 吳忠平，蔣運志.農村雷電災害探析[J].農業災害研究，2012， 2（4）：67-69.

[14] 董 明，任學民.農村雷電防御研究[J].農業災害研究，2011（1）：80-81.

[15] 吳鋒利，于月東，高建文.關于新農村建設中的防雷保護[J].科技創新導報，2010（3）：133-134.

[16] 王學良，張科杰，張義軍，等.雷電定位系統與人工觀測雷暴日數統計比較[J].應用氣象學報，2014，25（6）：741-750.

[17] 喬盛西.湖北省氣候志[M].武漢：湖北人民出版社，1989.endprint