宁波市闪电资料修正和分析

摘 要：闪电定位仪在雷电研究中主要提供已发生的雷暴的信息，它与大气电场仪一样是二十四小时不间断工作，能够提供雷电发生时间、位置、雷电流强度、波形陡度、误差等更多的信息，对雷电发生的时间、季节、区域等分布特点的研究有较多的贡献。目前我国多个省市都已布站建网，这对分析研究全国雷电天气十分有利。介绍宁波市ADTD闪电定位系统的基本原理和应用，根据实际情况对闪电闪击数、闪电发生和持续时间、回击间隙时间间隔等数据进行筛选修正，把修正后的资料和大气电场仪数据以及人工记录雷暴日出具进行比对。根据修正后的资料进行分析得出宁波市闪电发生的时空分布特征。

关键词：闪电定位仪；电流强度；闪击数；闪电的时空分布特征

1 仪器介绍

1.1 ADTD闪电定位系统介绍

闪电定位系统主要用来探测云地闪，在探测过程中能区分出闪电的正负性，该系统主要应用于气象、航天、航空、通讯、林业、电力、建筑等领域。ADTD闪电定位网由ADTD闪电定位仪、中心数据处理站、用户数据服务网络及图形显示终端组成。工作原理是利用闪电回击辐射的声、光、电磁场特性来遥测闪电回击放电参数，时实记录雷电发生的时间、位置、强度和极性等指标。并把记录的闪电数据通过网络通信送到中心数据处理站进行交汇处理。该系统的优点是可全天候、长期、连续运行，并且准确度较高。

1.2 宁波市的闪电定位仪系统介绍

在2009年浙江省宁波市气象局建成自己的闪电定位仪系统，经过调试后于7月份开始记录有效数据，本系统采用的是定向时差联合法探测系统，由4个站组成闪电定位网，系统中的单个测站的探测半径约为150km，站点分别位于余姚市（东经121.1787，北纬 30.0486）、北仑区小港镇（东经121.7486，北纬 29.9460）、宁海县（北纬 29.311，东经121.435）、象山县的气象观测站（北纬29.4776，东经121.8841）。该系统通过多个探测站测得闪电回击时的电磁场发出的方位角和脉冲到达各站点的精确时间差，进行不同组合后联合定位，进行定位的主要方法为“二站振幅”、“二站混合”、“三站混合”和“四站算法”。

2 闪电定位仪观测资料的修正

2.1 修正的方法

任何系统都会由于本身系统误差原因或者由于周围环境影响等等造成数据上的误差，为了能够提高我们系统数据的准确度，用尽可能接近真实的数据来分析宁波当地闪电发生的时空分布规律，我们首先要对数据进行分析修正。

（1）Kenneth[3]等人研究美国闪电定位网的观测结果得到：强度在10kA以下的正闪有90%是云闪，强度20kA以上的正闪有90%是地闪，强度10kA到20kA之间的有云闪或者地闪；强度小于-10kA的负闪是云地闪。在我们的生活中云地闪和云闪的强度较大，对我们的环境设备造成的破坏影响也是最大，因此，文中把绝对值强度小于10kA的闪电进行删除。

（2）根据宁波当地的气象环境地理条件，我们把研究中的一次地闪闪击小于4次的数据定为无效数据进行删除。

（3）地闪持续时间跟地闪闪击数、地理环境和气象环境有很大的关联。多闪击地闪的各闪击间隙，在无连续电流的情况下是50ms左右，变化范围为3-380ms。据大量的观测资料显示：一次地闪的持续时间平均为0.2s左右，其变化范围在0.01-2s[2]。因此我们对闪击间隙和一次地闪的持续时间的后续回击等所产生的记录进行有效剔除。

2.2 修正后的数据和人工数据进行比对

通过软件编程[3]，我们对宁波市2009年到2013年的闪电定位系统的数据进行修正筛选处理。我们把处理后的数据跟大气电场仪数据，以及人工记录的雷暴日的数据进行比对分析，通过图1我们可以看到在趋势上几种数据基本相同，这样印证了我们处理后的资料的有效性。

3 宁波市闪电时空分布特征

3.1 宁波市地闪特征分析

通过对修正后的宁波市闪电定位资料分析，得出宁波市的地闪特征为：宁波市2009年至2013年间宁波市共发生地闪次数为362081次，在地闪中高达93.24%的闪击均为负地闪，正地闪仅占约6.76%，正负地闪的比为 7.25：100。从雷暴日分布图可以看到，宁波的雷暴日数各月分布都不均匀，全年每月均有雷暴发生，主要分布在6到9月份，高峰集中在7到8月份，7、8月份雷暴日数占全年总数的46%。3、4、5、6、9月份为雷暴发生的易发期，1、2、10、11、12月为雷暴发生的少发期。

3.2 地闪的日、月时间分布特征

根据宁波市雷电监测资料整理出的2009年-2013年全市闪电日变化图逐时分析表明闪电的发生存在明显的日变化特征，宁波主要的闪电活动发生在午后至前半夜，发生概率明显高于后半夜和上午。雷暴的峰值出现在14时到15时，谷值出现在6时到7时左右。负地闪的变化趋势和总地闪的变化趋势较为一致，在一天中地闪发生主要集中在13点到20点，该时段的发生频数占到总频数的68.9%。主要原因是午后到傍晚是太阳辐射导致地面热力条件发展到最旺盛的时段，强对流天气多数在午后得到发展。在全年中7、8月份雷电达到峰值，发生数量占到全年雷电总数的62%，1、2、11、12月份为雷电的少发期，出雷会发生在3月份左右。

3.3 地闪空间分布特征

宁波市陆域平均地闪密度为5.34个/平方公里。从全市的地闪密度等值线线图上可以看出，海曙区、江东区、宁海局部、鄞州区中心区及东部的地闪密度大于其他地区，地闪密度大部分在每平方公里30次以上，大大高于全市的平均密度。在宁波地区中宁海县的雷击密度最大，跟他的地理环境关系密切，宁海县坐落在天台山脉和四明山脉之间，其地理位置背山靠海，属于亚热带季风湿润气候区，属于雷暴的多发区。

4 结语

本文主要介绍宁波市ADTD闪电定位系统的基本原理和应用，根据修正后的资料进行分析进一步得出宁波市闪电发生的时空分布特征：

（1）宁波市2009年至2013年间共发生地闪362081次，地闪中负地闪所占比例高达93.24%，正地闪仅占约6.76%。

（2）宁波市的雷暴初日发生主要集中在2、3月份，宁波的雷暴终日主要集中在10、11月份。宁波市的闪电发生从6月开始增多，在7、8月份达到峰值，从9月数量开始减少，全年中1月、11月、12月的闪电发生次数最少，这说明宁波的雷暴具有明显的季节特征，主要发生在春夏两个季节其中以夏季为最多。

（3）在一天之中宁波的闪电频数最主要集中在13点到20点，峰值发生在14点到15点。

（4）宁波市全年地闪的平均强度变化不大，基本在15-25KA之间波动，每月正闪则变化较大。地闪中负地闪占总数的72%强度主要集中在5-30KA，正地闪强度则主要集中在5-20KA。

（5）海曙区、江东区、宁海局部、鄞州区中心区及东部的地闪密度大于其他地区。

参考文献：

[1]Kenneth L. Commins，Senior Member，IEEE，and Martin J. Murphy. An Overview of Lightning Locating Systems：History，Techniques，and Data Uses， With an In-deep Look at the U.S. NLDN.IEEE transcations on electromagnetic compatibility，VOL.51，NO.3，auguest 2009.

[2]陈渭民.雷电学原理[M].北京：气象出版社.2006：144-266.

[3]楼顺天，姚若玉，沈俊霞. MATLAB 7.x程序设计语言[M].西安电子科技大学出版社，2007（08）.

作者简介：周承（1987-），男，江苏泰兴人，工程硕士在读，研究方向：电子与通信工程。