2013年陕西省雷电活动特征分析

2013年陕西省雷电天气频发,通过对全年雷电监测资料分析可以看出:全省共发生闪电223 458次,总闪电频次为有闪电定位监测记录以来最高值,闪电集中发生在7—8月,8月份闪电最密集,是有闪电定位监测记录以来8月份的最高值;8月11日的区域性雷电天气过程范围广、强度大,持续时间长;8月4日的局地性雷电天气过程发生时间集中、频度大、伴随天气剧烈。     

基于主成分分析的两次雷电过程特性对比

雷电发生时涉及的宏观环境参量多且复杂,考虑不损失大量信息的前提下,基于主成分分析法对两次雷电天气过程进行特性对比,凝练雷电天气潜势预报和临近预报的着眼点,有助于提高其预报准确率。利用闪电、雷达和天气背景资料选取2011—2013年6—8月西宁雷电活动样本,提取同时次探空资料中26个环境参数作主成分分析,深入分析2012年7月29日(过程Ⅰ)和2013年8月26日(过程Ⅱ)两次雷电天气过程的演变和环境条件。结果表明:大气动力和大气温湿类参数与西宁雷电活动关系最为密切,闪电强度累积概率显示动力类较温湿类偏强,平均负地闪强度偏大-1.91 kA,平均正地闪强度偏大1.92 kA。过程Ⅰ表现为西风槽型雷电天气,受大气温湿类参数影响较大;而过程Ⅱ属于副高边缘型雷电天气,明显受大气动力参数影响。两次过程的闪电活动均以负地闪为主,都有明显的日变化规律,且呈单峰型分布。过程Ⅰ在闪电频次上占优势,但在强度上明显弱于过程Ⅱ的。     

一次强雷暴天气与大气环境场的关系分析

雷电是电荷聚集到一定程度的放电现象,当雷暴云中电荷累积,在地面附近大气就会有相应的感应电场,因此通过大气电场脉冲波形变化,结合雷达回波资料,可以判断雷暴云的发展阶段。本文分析了2010年8月11~12日陕西省有闪电定位监测网络以来最强的一次雷电天气过程。该过程全省范围内共发生闪电23 570次,8月11日单日闪电14 470次,整个过程以负闪为主,闪电频数高,同时伴随强降水发生。分析发现,此次强雷电天气过程与大气环境场具有以下对应关系:强雷电的发生与西太平洋副热带高压强盛控制陕西大部分地区且呈东西带状分布、西风槽东移南压关系密切;另外还与潜在对流性稳定度指数、抬升指数、能量场和位势稳定度具有较好的相关性;高雷电密度区域与区域性暴雨的强降水落区有一定的对应关系,但强雷电往往先于强降水出现,雨量最大区域与雷电强度最大区域并不对应。     

天津地区雷电流幅值及累积概率分布特征

为研究天津地区雷电流幅值特征,选取2008—2018年ADTD闪电定位数据,研究分析了雷电流幅值时间分布特征和累积概率分布特征。结果表明:天津地区11 a间共计发生闪电106474次,负闪占比89.26%,远高于正闪;雷电流幅值主要集中在2—100 kA,占闪电总数的97.76%,160—200 kA范围内的闪电次数较少,平均正闪电流强度明显大于负闪电流强度;雷电流强度季节特征较为显著,正闪雷电流强度呈双峰分布,负闪雷电流强度分布较为平均,春季正闪活动频繁,秋季次之,夏季负闪频发,冬季雷电活动发生较少,以正闪居多;雷电流高于25 kA时,正闪电流幅值累积概率显著高于负闪,低于25 kA时,负闪电流幅值累积概率高于正闪。负闪电流幅值的累积概率分布与总闪更为接近,与正闪分布差异显著,闪电总数电流累计概率分布主要受负闪影响。通过对比分析发现IEEE工作组(电气与电子工程师协会)推荐的累积概率分布函数更适合于天津地区,特别是雷电流幅值在25—55 kA范围内时,累积概率与推荐公式基本相同。将天津地区雷电流幅值累积概率公式尝试应用于雷电灾害风险评估中,可为精准确定雷电灾害风险评估参数P_(B)取值,精确计算雷击建筑物损失风险提供参考。     

2007-2019年湖北省地闪分布特征及雷电强度等级划分

根据2007—2019年地闪监测资料,采用数理统计方法,分析湖北省闪电活动时空分布特征,融合地闪密度和雷电流强度,提出雷电强度的概念,并完成湖北省雷电强度等级划分。结果表明：湖北省以负极性闪电为主,占94.7%,平均正地闪强度为50.2 kA、负闪36.0 kA、总闪37.0 kA。闪电活动主要集中在全年的3—9月、全天的14—20时,闪电活动较弱的月份、时段发生正地闪的比例较高。正地闪强度月变化大致呈“V”型,总闪电和负地闪强度逐月波动变化。雷电流强度日变化主要呈单峰单谷型,正地闪强度09时最大,15时最小,总闪电和负地闪13—14时雷电流强度最小,05时最大。地闪密度和雷电流强度存在地域性差异,整体呈东高西低分布特征。湖北省雷电强度可划分为高、中、低3个等级,高值区主要位于湖北东部的大别山、幕阜山与江汉平原交汇地带以及湖北西部山区向江汉平原的过渡地带;湖北西南、湖北西北以及湖北个别边缘区域雷电强度等级较低;中值区主要分布在湖北中部平原一带。     

"8·16"暴雨的雷电特征分析

本文利用闪电实测数据结合多普勒雷达图像资料对山西省2005年8月15日～17日的暴雨天气过程的闪电特征及其与降水的关系进行了详细分析,发现负闪次数远大于正闪次数,正闪强度却高于负闪强度;雷电发生高频次区域与暴雨落区有着较好的对应关系。这次暴雨过程地闪电总数超过5000个,暴雨区的闪电频次～时间曲线很好的反映了暴雨过程降水高峰的到来和消亡的演变趋势。     

基于ADTD数据的江西省雷电活动特征分析

利用雷电探测定位系统观测的2008—2014年ADTD资料,分析了江西省雷电活动时空分布特征。结果表明:1)江西省雷电频数平均为6.12×105次/a,逐年变化趋势不明显;正地闪电流强度平均为22.22 k A,负地闪平均为-7.99 k A,正地闪电流强度是负地闪电流强度绝对值的2.78倍。2)6—8月为雷电活动频发时段,正地闪活动比例冬季却最高,秋季次之;午后雷电活动最频繁,其中12—21时为雷电活动最频繁时段,约占总地闪数的79.4%;正地闪电流强度中值为17.46 k A,负地闪电流强度中值为-7.01 k A。3)雷电活动频数和强度空间分布年际变化较大,其中九江市辖区、南昌东南部—抚州中北部一带局部正地闪比例为9%—15%。     

陕西两次特强雷电天气过程物理量场对比分析

2006年7月30日和2010年8月11日为有陕西省闪电定位监测网以来最强的两次雷电天气过程,两次过程24h全省闪电分别达18258次和19678次。通过对这两次强雷电过程的闪电特征、天气形势及物理量场分析发现：西太平洋副热带高压、西风槽是强雷电天气过程的直接影响系统,其发生与西太平洋剐热带高压的位置及西风槽东移南下关系密切;产生的强雷电以负闪为主,闪电数量大、频次高,并伴随较强暴雨;对局地性特点明显的暴雨,暴雨落区与闪电密集区对应较好,闪电集中区域也是暴雨落区,对区域性暴雨,闪电密集区一定有暴雨发生,但暴雨发生区域不一定是闪电密集区;最强正闪出现在中层相对湿度大于50％的区域内,相对湿度急剧增大时,最强正闪出现时垂直上升运动较强;而负闪出现在中层相对湿度大于80％的区域内,中层相对湿度减小梯度较大处或者相对湿度增大梯度较小时,最强负闪出现时垂直上升运动较弱;雷电密度较大区域灾害明显。     

庆阳市闪电活动与雷电灾害特征分析

选用庆阳市8县区2014—2019年的闪电监测资料与雷电灾害统计资料,利用MATLAB软件,采用数理统计等方法对庆阳市近6年闪电活动与雷电灾害特征进行分析。结果表明:庆阳市年负地闪频次高于正地闪,而正地闪强度高于负地闪。东南部地区闪电频次高于西北地区,中部和西北部闪电强度较大,最大闪电强度为东南角,庆阳市边界地区闪电强度相对较小。闪电活动主要集中在每年的4—8月,其中7月闪电频次最多。负地闪频次与总闪电频次的日变化特征一致,均为单峰单谷型,16时最多,10时最少;正地闪频次的日变化相对平缓。各时刻正地闪的强度均高于负地闪,但两者呈反相变化。雷电灾害主要出现在每年的6—10月,其中以6月发生雷电灾害最多,7月次之。2016年雷电灾害最多,达47次,且由此造成的直接经济损失尤其是农业损失最为惨重。庆阳市大部分地区的雷电灾害的风险等级较低,东部风险等级高于西部,南部高于北部;雷电灾害风险等级高的地区闪电活动频次及强度远高于等级低的地区,正地闪强度高于负地闪。雷电灾害多数由负地闪造成,较重的雷电灾害事故为正地闪引起。     

安徽省皖南山区地闪特征对比分析

利用2011—2013年安徽省ADTD闪电定位系统资料,对皖南山区地闪的发生频次、强度、时间及空间等分布特征进行了分析,并与安徽省的地闪分布特征进行了对比。结果表明:皖南山区地闪发生频次占安徽全省地闪发生频次的28.2%,皖南山区地闪的平均密度为3.21(次/km~2)·a~(-1),明显高于安徽全省地闪的平均密度2.51(次/km~2)·a~(-1)。安徽全省和皖南山区地闪的主要类型为负地闪,6—9月为皖南山区地闪活动频繁期,此时段的地闪发生频次约占全年地闪发生频次的90.8%。皖南山区地闪活动主要集中出现在午后至傍晚,14—17时为雷电活动最频繁时段,与安徽全省闪电日变化特征基本相同。皖南山区地闪电流强度主要集中在10—50kA,在雷电流强度高值区,正地闪比例略增加,皖南山区正地闪平均强度为45kA,负地闪平均强度为36kA,均略低于安徽全省的平均值。     

2004-2013年惠州市闪电的特征分析

基于2004—2013年惠州闪电定位资料统计分析了闪电特征,结果表明:惠州年平均闪电次数在30万次左右,以负闪为主,占总闪90.4%,正闪平均雷电流为24.8 kA,负闪平均雷电流为27.2 kA,总平均雷电电流为26.9 kA。汛期(4—9月)内闪电发生次数占总次数97.7%,是闪电发生的主要时间;午后到傍晚(12:00—20:00)占所有时次总量69%。负闪平均雷电流最高值为33.6 kA,出现在02:00;正闪为27.9 kA,出现在06:00;总闪、正闪、负闪平均雷击电流在00:00—07:00处于大值区。90%的闪电雷电流低于49.8 kA;惠州雷击大地密度分布总体呈现西多东少,在龙门西南部山区、博罗西部以及中部山区、城区东部山区、惠东西北部以及仲恺区、惠阳区明显偏多,平均雷电流在博罗西部、仲恺区、大亚湾区以及惠东山区也偏高。     

一次全省性强雷暴天气的地闪特征

2009年6月26日浙江出现全省范围的雷暴天气,此次过程中出现的地闪频数是自2006年闪电定位系统建立以来出现最多的一次。利用闪电定位实测资料、加密雨量站雨量实况以及多普勒天气雷达产品,对这一过程的地闪特征进行了分析。结果表明:此次地闪以负地闪为主,负地闪广泛分布于25～55dBz雷电回波区域内,而正闪多出现在25～35dBz回波中;地闪多出现在回波发展和前进的一侧,且密集分布在回波的梯度最大处,强回波中心处地闪较少出现;在回波开始减弱到中心强度为35dBz左右的区域没有地闪发生。地闪频数与全省过程累积降水量有很好的相关性,地闪的出现及其频数的增加意味着影响某地的强对流风暴正在发展或正向本地移来,对于单站来说雨强峰值滞后于地闪频数峰值半个小时以上,对于全省累积降水量则提前1～2h。因此地闪资料可以作为强对流天气的短时强降水预报的预警依据。     

苏州地区雷电分布规律分析

利用苏州地区2002~2004年闪电定位系统监测资料,分析了该地区地闪的月变化、日变化、强度、闪电密度等特征。结果表明,苏州地区地闪的月变化呈单峰分布,而日变化则呈双峰分布,夏季19时左右是该地区强对流天气最易发展成熟的时段;雷电流强度不大于104A所占比例最大,强度大于104A的强雷电主要集中在南部地区,以正闪为主;苏州市区是闪电频发的中心地带;闪电多发区与当地的环境有很大关系。     

京津冀地区雷电活动时空分布特征

基于河北省电力部门2005—2014年16站闪电定位资料,对京津冀地区地闪频次和雷电流强度的时空分布特征进行统计分析。结果表明,京津冀地区正地闪占地闪总数的7.33%,该比率高于河南的3.16%,低于内蒙古高原的9.60%。地闪主要出现在夏季,占全年的90.0%;春、秋两季,正地闪所占比率高于地闪频繁的夏季。地闪主要出现在15:00—19:00,最大值出现在16:00,其中正地闪的峰值比负地闪晚1 h。该地区50%以上的地闪雷电流强度集中在20~45 k A之间,其中负地闪与正地闪的平均雷电流强度分别为40.46 k A、74.16 k A,正地闪的平均雷电流强度是负地闪的1.8倍。3月的平均雷电流强度最大;上午的平均雷电流强度大于下午。地闪高密度区主要集中在燕山南麓和太行山东麓迎风坡面的山区与平原过渡区、下垫面水汽充足的水体和湿地区域以及人口相对集中的城市中心区;雷电流强度80 k A的闪电主要分布在京津冀地区的东部沿海、河北中东部平原、张家口西北部以及承德北部,且闪电强度较大的地区闪电密度较小。唐山、保定、沧州地区处于地闪密度和地闪雷电流强度的高值区,该区域在建设工程的选址和防雷装置设计中应充分重视并加强对雷电灾害的防御措施。     

2011—2019年安徽南部山区与北部平原闪电分布特征

利用2011年1月至2019年12月安徽省ADTD闪电定位系统监测资料, 对安徽南部山区与北部平原的闪电频次、极性、雷电流强度等参数进行对比分析。结果表明: 安徽南部山区总闪电频次约为北部平原的2.84倍, 北部平原正闪比高于南部山区, 这与两地区强对流天气类型有关。两地区闪电频次的月、日变化均呈单峰分布, 春季、夏季闪电活动明显多于秋季、冬季, 午后至傍晚为一天中的雷电活跃时段, 但南部山区在雷电高发月份及时段的闪电频次波动程度远大于北部平原。在雷电流强度方面, 北部平原整体上大于南部山区, 正、负地闪强度分别高出10.77 kA、9.52 kA, 其中正地闪强度峰值均出现在2月, 负地闪均为10月, 南部山区正、负地闪及北部平原负地闪日强度峰值与频次峰值时段相反。对安徽省总闪频次进行主成分分析表明, EOF分解的前5个特征向量累计方差贡献达到59.137%, 空间上表现出安徽南部山区与北部平原雷电活动变化趋势既具有一致性, 也具有明显的南北差异。     

冀南地区一次强雷暴过程分析

利用MTSAT卫星云图、雷达回波、常规天气资料和闪电资料,对2007年7月18日邯郸地区强雷暴天气过程进行了综合分析,结果表明:雷暴云的发展与水汽通量、不稳定区有较好的对应关系.雷暴初始阶段,地闪以负闪为主,正闪较少;随云系发展,闪电密度增大;云系发展成熟阶段,正闪密度变化不大,负闪密度明显减小.雷暴云回波强度＞36 dBz,就有闪电发生,且强回波区与闪电区一致.     

云南西双版纳地区闪电活动特征

应用2017—2018年云南省VLF/LF三维闪电定位数据和1987—2006年云南省人工雷暴日观测数据,运用数理统计、空间插值等方法分析"雷都"西双版纳闪电活动的时空分布特征,运用网格法将闪电定位数据转化为网格雷电活动日,研究人工观测雷暴日与闪电定位监测资料的相关性。结果表明:西双版纳地区雷电活动从3月就开始逐渐增多,峰值出现在7—8月。就闪电频次而言,云闪少于地闪、正闪少于负闪,正地闪明显多于云南省其他地区。11月闪电强度较大,但频次较少;7月闪电频次较多,但强度较小。云闪多发生在8 km以下,平均高度为4.914 km。地闪和云闪密度分布一致,北部高而南部和东西部低;云闪的强度明显高于地闪,但在空间分布上均是北部弱而南部和东西部强。人工观测雷暴日与网格雷电活动日的逐月分布特征较一致。研究还表明:西双版纳在云南省范围内是人工观测雷暴日最多区域,也是网格雷电活动日最多区域。     

基于VLF/LF三维闪电监测定位系统的北京闪电特征分析

利用北京地区VLF/LF三维闪电监测定位系统的2015年1月—2016年12月的数据资料,分析北京地区总闪、云闪和地闪的时空分布和电流强度特征。结果表明:（1）北京地区闪电主要发生在6—9月,峰值出现在7月;一天中闪电高发时段在15时—次日02时,总闪频数的日变化存在3个峰值,分别出现在15、20时和次日02时。（2）北京地区总闪密度高值区主要集中在两个区域:①门头沟区中南部至昌平区中西部山前一带;②密云、顺义和平谷三区交界的山前一带。云闪和地闪密度的大值区也基本出现在这两个区域。（3）云闪高度主要集中在9 km以下,且3~6 km的云闪频数最多;云闪高度约在15 km以下时,平均雷电流强度随云闪高度的增大而增大,而超过15 km的平均雷电流强度随云闪高度增大而减小。（4）闪电雷电流强度主要集中在5~50 kA,雷电流强度大于100 kA的闪电很少发生;闪电频数高的时段平均雷电流强度较小,闪电频数低的时段平均雷电流强度较大。      

湖北黄冈地区2006～2011年闪电时空分布特征分析

利用湖北省2006—2011年13个ADTD站的闪电定位资料,对黄冈地区的闪电频次、电流强度与极性等方面的时空分布特征进行分析。结果表明,黄冈地区以负闪电为主,负闪电占总闪数的97.4%,平均闪电强度为37.59 kA;正闪电仅占总数的2.6%,平均闪电强度47.36 kA。正、负闪电的发生频次有明显的日变化和季节变化特征。闪电频次的日变化呈双峰值型,高峰值出现在16时与19时。季节变化呈明显单峰值特征,4—9月闪电次数占总闪数的94.6%,其中6—8月占83.6%。闪电高密度区主要集中于黄冈中部的黄州、团风、浠水及罗田南部地区,密度值普遍在80次(/25 km2.a)以上。雷电流强度值主要集中在10～60 kV之间,占总次数的89.1%。     

典型强龙卷风暴中的地闪活动特征

闪电活动对于强龙卷天气的发生有一定的指示作用,基于闪电定位资料,结合多普勒天气雷达、探空和ECMWF再分析资料对两次典型强龙卷风暴中地闪的时空演变、雷电流强度及正地闪活动特征进行了统计分析,结果表明:地闪主要发生在组合反射率因子≥30 dBZ的区域内,龙卷发生期间,地闪活动减弱且较为分散。不同龙卷风暴的地闪频次差异较大,这与风暴中上升气流的强度有关;当地闪频次从峰值降至最小值期间,龙卷及地,两次过程中地闪频次峰值分别提前龙卷发生约33 min和28 min。同时,龙卷及地之前,地闪会出现连续多次闪电跃增;龙卷等级越强,正地闪表现越活跃,特征越明显,在江苏盐城阜宁龙卷发生期间,还出现了地闪极性从正地闪主导向负地闪主导的反转;两次龙卷风暴雷电流强度随时间的变化规律并不明显,但均小于历史平均值,地闪发生愈频繁的龙卷风暴,对应的雷电流强度值愈小。