張嵐彪

(包頭市土默特右旗氣象局，內(nèi)蒙古 包頭 014100)

雷電是我國(guó)比較嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一，每年給我們國(guó)家無論從經(jīng)濟(jì)還是人員上都造成了巨大的損失，近幾年，雷減災(zāi)已經(jīng)成為氣象部門重點(diǎn)開展的工作之一。閃電一般產(chǎn)生于對(duì)流發(fā)展旺盛的積雨云中，具有極強(qiáng)的破壞性[1]。近些年，國(guó)內(nèi)大多學(xué)者結(jié)合氣象資料與ArcGIS技術(shù)研究閃電活動(dòng)特征，區(qū)域性閃電活動(dòng)特征的研究以成為近年來雷電方面研究的重要方向之一。王學(xué)良[2]利用13個(gè)云地閃定位儀研究了湖北地區(qū)云地閃時(shí)間空間分布特征，張雅斌[3]利用2005年～2015年閃電觀測(cè)和NCEP再分析資料，對(duì)陜西省地閃時(shí)間空間分布及氣候環(huán)流特征進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得出陜西地閃主要分布在黃土高原東側(cè)、南側(cè)和秦巴山脈南麓的迎風(fēng)坡，正閃電主要位于陜北和陜南西部局地。馬明，等[4]基于星載OTD和LIS共8a的閃電數(shù)據(jù)資料，分析了我國(guó)及周邊地區(qū)閃電密度與氣候特征的關(guān)系，得出閃電與氣候相關(guān)性。國(guó)內(nèi)外學(xué)者[5～7]對(duì)全球和中國(guó)大多地方的閃電性特征都進(jìn)行了相關(guān)性研究。除此之外，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)我國(guó)北京、天津、上海等地閃電活動(dòng)特征與氣象要素之間的關(guān)系進(jìn)行了詳細(xì)的統(tǒng)計(jì)和分析，為我國(guó)區(qū)域性防災(zāi)減災(zāi)提供了有力的支撐。包頭地區(qū)地形由中部山岳地帶，山北高原草地，山南平原三部分組成，地勢(shì)中間高、南北低，西高東低，且受氣候的影響，包頭地區(qū)是內(nèi)蒙古地區(qū)發(fā)生雷暴頻率較高地區(qū)之一，雷電災(zāi)害發(fā)生概率大，且包頭地區(qū)閃電特征研究文獻(xiàn)較少，地閃定位資料應(yīng)用不多。

1 研究方法及資料

1.1 方法

數(shù)理統(tǒng)計(jì)法：用EXCEL軟件對(duì)各年閃電頻次與雷電流強(qiáng)度數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)計(jì)算與篩選(消除由于閃電定位儀設(shè)備原因?qū)е碌拈W電數(shù)據(jù)異常值)，得出包頭9個(gè)地區(qū)閃電頻次與雷電流強(qiáng)度數(shù)據(jù)分析閃電頻次強(qiáng)度變化特征。

空間分析法：ArcGIS是集空間數(shù)據(jù)顯示、編輯、查詢檢索、統(tǒng)計(jì)、報(bào)表生成、空間分析和高級(jí)制圖等眾多功能于一體的桌面應(yīng)用地理信息系統(tǒng)平臺(tái)，由3個(gè)重要部分組成：ArcGIS桌面軟件、ArcSDE、ArcIMS軟件通過這3個(gè)應(yīng)用的協(xié)調(diào)工作，可以完成任何從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的GIS工作，包括制圖，數(shù)據(jù)管理，地理分析和空間處理。還包括與Internet地圖和服務(wù)的整合，地理編碼，高級(jí)數(shù)據(jù)編輯，高質(zhì)量的制圖，動(dòng)態(tài)投影，元數(shù)據(jù)管理，基于向?qū)У慕孛婧蛯?duì)近40種數(shù)據(jù)格式的直接支持。筆者用ArcGIS軟件對(duì)包頭地區(qū)矢量圖差值分析繪制出包頭地區(qū)閃電頻次與強(qiáng)度空間分布圖分析閃電空間變化。

1.2 資料

現(xiàn)階段，全內(nèi)蒙古已有56個(gè)ADTD地閃定位儀，呼包烏地區(qū)已有13個(gè)三維全閃定位儀，重點(diǎn)單位雷電臨近預(yù)警時(shí)效已達(dá)到0～1h，大氣電場(chǎng)城市網(wǎng)格化預(yù)警精度達(dá)1km×1km。中心處理數(shù)據(jù)位于內(nèi)蒙古自治區(qū)信息中心，包頭地區(qū)有一個(gè)地閃定位儀，考慮到通用性、資料的完整性本文用2015年～2018年包頭地區(qū)ADTD地閃定位儀資料，采用時(shí)差側(cè)向混合算法，資料包括閃電發(fā)生時(shí)間、經(jīng)緯度、雷電流強(qiáng)度、陡度、區(qū)域?qū)傩浴?/p>

2 地閃活動(dòng)特征

2.1 地閃頻次特征

表1包頭地區(qū)閃電頻次

根據(jù)4年的地閃數(shù)據(jù)利用EXCEL軟件對(duì)各年閃電頻次與雷電流強(qiáng)度數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算與篩選，得到包頭各地區(qū)閃電頻次數(shù)據(jù)并列表。從表中我們可以看出包頭地區(qū)達(dá)爾罕茂明安聯(lián)合旗4年來地閃發(fā)生次數(shù)最多，白云鄂博礦區(qū)發(fā)生地閃次數(shù)最少，包頭市區(qū)九原區(qū)閃電次數(shù)最多為3 790次，青山區(qū)閃電次數(shù)最少為1 120次，市區(qū)總共發(fā)生10 505次閃電。

2.2 地閃頻次空間分布特征

用ArcGIS軟件建立1km×1km網(wǎng)格用矢量轉(zhuǎn)柵格插值法繪制出包頭地區(qū)2015年～2018年閃電密度空間分布圖，東河區(qū)年平均閃電密度為5.68次/km2，昆都侖區(qū)年平均閃電密度為2.96次/km2，青山區(qū)年平均閃電密度為4.4次/km2，石拐區(qū)年平均閃電密度為5.3次/km2，白云鄂博礦區(qū)年平均閃電密度為3.06次/km2，九原區(qū)年平均閃電密度為2.7次/km2，土默特右旗年平均閃電密度為4.2次/km2，固陽縣年平均閃電密度為3.1次/km2，達(dá)爾罕茂明安聯(lián)合旗年平均閃電密度為2.4次/km2。包頭地區(qū)地閃密度大的地方集中于達(dá)茂旗東南部，土默特右旗北部和南部，包頭市大部分地區(qū)，其他地區(qū)地閃密度較小。初步原因分析，閃電密度分布情況與包頭地區(qū)海拔有一定的關(guān)系，海拔越高地區(qū)閃電發(fā)生次數(shù)越多，閃電密度越高強(qiáng)度越大遭受雷擊概率越大，雷災(zāi)事故發(fā)生率越大，對(duì)這些地區(qū)需要重點(diǎn)防災(zāi)減災(zāi)的預(yù)防,加強(qiáng)防雷減災(zāi)安全知識(shí)的宣傳工作。

圖1 閃電頻次空間分布

圖2 閃電強(qiáng)度空間分布

2.3 地閃強(qiáng)度空間分布特征

用ArcGIS軟件建立1km×1km網(wǎng)格用矢量轉(zhuǎn)柵格插值法繪制出包頭地區(qū)2015年～2018年雷電流強(qiáng)度空間分布圖，包頭地區(qū)正地閃平均雷電流強(qiáng)度為50.4kA，負(fù)地閃平均雷電流強(qiáng)度為27.05kA,東河區(qū)平均雷電流強(qiáng)度為27.37kA，昆都侖區(qū)平均雷電流強(qiáng)度為29.39kA，青山區(qū)平均雷電流強(qiáng)度為24.06kA，石拐區(qū)平均雷電流強(qiáng)度為25.68kA，白云鄂博礦區(qū)平均雷電流強(qiáng)度為26.92kA，九原區(qū)平均雷電流強(qiáng)度為27.37kA，土默特右旗平均雷電流強(qiáng)度為28.57kA，固陽縣平均雷電流強(qiáng)度為27.83kA，達(dá)爾罕茂明安聯(lián)合旗平均雷電流強(qiáng)度為26.71kA。雷電流強(qiáng)度空間分布很不均勻，從圖中可以看出包頭地區(qū)整體雷電流強(qiáng)度呈現(xiàn)西大東小特點(diǎn)，強(qiáng)度高值在40kA～50kA的地區(qū)分3個(gè)部分，分別是達(dá)茂旗西北部，固陽縣中部，土右旗東部。

3 結(jié)論

筆者利用2015年～2018年包頭地區(qū)ADTD地閃數(shù)據(jù)主要對(duì)包頭地區(qū)閃電空間活動(dòng)特征進(jìn)行分析得出以下結(jié)論：①包頭地區(qū)地閃頻次空間活動(dòng)有明顯的地域分布特征，包頭市區(qū)青山區(qū)、石拐區(qū)、東河區(qū)地閃發(fā)生頻次較高且分布相對(duì)集中。4年總地閃發(fā)生次數(shù)為90 943次，其中負(fù)地閃發(fā)生頻73 292次，正地閃次數(shù)17 651，負(fù)地閃共占總地閃91.7%，正地閃次占總地閃8.23%，地閃主要以負(fù)地閃為主。②包頭地區(qū)雷電流強(qiáng)度空間活動(dòng)有明顯的地域分布特征，且雷電流強(qiáng)度分布較分散，具有明顯的區(qū)域特性。強(qiáng)度高值集中于達(dá)茂旗東南部，固陽縣中部，包頭地區(qū)雷電流強(qiáng)度均值為27.05kA。

在實(shí)際研究中，人們還發(fā)現(xiàn)雷電空間分布特征不僅與氣候因素存在的一定關(guān)聯(lián)，還與地形下墊面存在很大的關(guān)系。在不同的地形區(qū)域條件下，閃電活動(dòng)特征存在著巨大空間分布特征，不同地表環(huán)境具有不同的海拔、坡度、坡向等地形要素，在此基礎(chǔ)上，雷電發(fā)生的閃電頻率、雷電流強(qiáng)度等參數(shù)也存在極大差異。由于研究數(shù)據(jù)資料的有限性，分析時(shí)間的跨度短，這給研究結(jié)果會(huì)帶來一定的影響，造成數(shù)據(jù)的偏差，尤其對(duì)于影響平均閃電電流強(qiáng)度特性方面的研究還稍顯不足。但通過實(shí)際的數(shù)據(jù)校準(zhǔn)使得閃電數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性得到極大提高，從通過GIS制作的閃電空間區(qū)域分布圖的效果上也可以看出，包頭市閃電強(qiáng)度具有規(guī)律性的分布。今后我們還會(huì)通過研究時(shí)間的擴(kuò)增和閃電數(shù)據(jù)資料的不斷累積，進(jìn)一步完善該研究，為區(qū)域性防雷減災(zāi)奠定良好基礎(chǔ)。