承德市闪电定位系统的闪电活动及特征参数分析

摘 要：该文利用承德市ADTD型闪电定位仪提供的探测资料，采用ArcGis和Excel两个软件的统计分析功能对承德地区雷暴日、雷电流幅值、雷击大地密度、正负闪概率和波头陡度等闪电活动特征进行分析，得出雷电的大概分布规律，为研究当地雷电分布规律、雷电预警、雷电防御、雷灾调查及鉴定、建筑物雷电风险评估及建筑物防雷设计等工作提供了科学的参考依据。

关键词：闪电定位系统 闪电活动 特征参数分析

中图分类号：P42 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）07（a）-0062-04

承德位于华北和东北两个地区的过渡地带，四周环山，地势由西北向东南阶梯下降，年平均雷暴日数高达40多天，属于高雷区，雷电灾害性天气频繁，每年都会造成一定的人员伤亡和巨大财产损失，而且随着经济的快速发展，雷电灾害的发生率呈上升的趋势，其造成的影响越来越大，雷电灾害越来越为人们所关注。鉴于雷电灾害的危害越来越大，特提出对承德地区雷暴日、雷电流幅值等闪电活动特征进行分析，研究当地雷电分布规律，为雷电防御、建筑物雷电风险评估及建筑物防雷设计等工作提供了科学的参考依据。

1 数据来源与分析方法

1.1 数据来源

承德市一共有3个ADTD型闪电定位仪，位于承德市区、丰宁和围场，组成来自于承德市地面观测站，该文采用2013年的资料，雷击次数多，雷击范围广。

1.2 分析方法

（1）利用ArcGis的数据分析功能。

（2）利用Excel中的统计分析功能。

2 人工观测的雷暴日和闪电定位资料统计的雷暴日对比分析

闪电定位仪能对雷电的发生进行有效的记录，数据包括雷电发生时间、经纬度、强度、极性、上升陡度等，对雷电监测提供了比人工观测资料更为科学、合理的数据，可信度更高。闪电定位仪记录的雷击点分布如图1所示，根据图1得到的各地区的雷暴日如表1所示，丰宁和平泉雷暴日数最多，隆化雷暴日数最少，且全市范围内1月、2月、11月和12月无闪电发生。

该文采用一种新的检验方法，不使用各个地区的雷暴统计，而是以人工观测站点为中心，半径30 km为圆心，将这个圆区域范围内出现的闪电定位资料与人工观测到的雷暴日进行对比分析，如图2所示。通过图2分析得出2013年闪电定位仪观测到的闪电日比人工观测的雷暴日数明显偏多，偏多最大的为平泉，两者相差49天，其次是承德和宽城，相差43天，偏差最小的是隆化，闪电定位仪观测闪电日比人工观测雷暴日多14天。闪电定位仪观测的闪电日比人工观测的雷暴日多，究其原因在于闪电定位仪观测为该地区的落雷日，不管雷声大小，只要有落雷就能被仪器探测到；而人工观测到的雷暴出现范围仅限于20～30 km，出现在≥30 km的落雷一般是无法观测和记录到的，且同时发生不伴有雷声的闪电时，人工观测的漏测可能性很大，人工观测存在一定的客观性和局限性，因此闪电定位仪监测的雷暴日比人工观测的雷暴日多是合乎道理的。

3 闪电次数与雷电流极性

承德市2013年的年总闪数为136 005次，其中正闪为6 406次，仅占总闪数的4.7%，负闪占95.3%，说明承德市内的闪电主要以负闪为主。从幅值上看，正闪的幅值均值为42.0 kA大于负闪的幅值均值6.0 kA。另外，从月总闪数分布图图3可以看出，承德市闪电主要发生在6～9月，且8月闪电总次数最多，为82 712次。

4 基于闪电定位的雷击大地密度及分布

雷击大地密度即为每平方公里雷击大地的次数Ng，即定义为一年当中单位地表面积上所出现的地闪数，则得出计算公式如下：

雷击大地密度≈闪电定位记录的一定区域内的总闪数/该区域的面积

利用承德市2013年的闪电定位记录的9个市县的总闪数，按定义计算雷击大地密度，得到如表2所示的数据。

从表2可以看出，由定义计算的承德市各地区的雷击大地密度值在1.82～9.52，其中平泉最高为9.52，宽城和承德次之，围场最低为1.82。如图4所示，位于承德市东南部的平泉和宽城雷击大地密度最高，位于承德市西北部的丰宁和围场最低，雷击大地密度的大概特征就是从东南向西北递减，东南最高，中部次之，西北最低。

雷击大地密度与雷暴日之间的关系与地形、气候、纬度等多种因素有关，如果雷击大地密度与雷暴日的关系的简化数值关系可以用线性系数k表示的话，那么基于闪电定位的资料，利用已知雷击大地密度和雷暴日的基础上，求两者的比值，得到它们之间的关系表如表3所示。

由表3可以看出，围场和丰宁地区的雷击大地密度与雷暴日的比值最小，也就是说，围场和丰宁地区的每个雷暴日落雷次数最少，而平泉和宽城地区的雷暴日与落雷次数的相关性要好一些。

5 雷电流幅值雷击概率

雷电流的幅值是表征雷电流强度的重要参数，对承德市的年雷电流幅值雷击概率分段做统计。将雷电流幅值分为4个区间，分别以20 kA、40 kA、60 kA为分区点，从累积概率曲线上找到相应的概率分布值，记录如表4所示。

对表4中的数据进行加工整理可知，承德市2013年发生的所有闪电中，雷电流幅值小于20 kA的占51%、20～40 kA的占39%、40～60 kA的占7%、大于60 kA的占3%，如图5所示。

根据分析可知，承德市雷电流幅值主要分布在0～40 kA，且每个月雷电幅值均值在17～31 kA，对每个月的雷电流幅值取雷击平均值，得到总的幅值平均值为23.28 kA。

6 结论

（1）承德市各地区的雷暴日，丰宁和平泉最多，隆化最少，且全市范围内1月、2月、11月和12月无闪电发生。比对了人工与闪电定位观测的雷暴日数，分析了闪电定位仪监测比人工观测的雷暴日多的原因。

（2）承德市全年总闪电数中，负闪远大于正闪，但正闪的幅值均值远大于负闪的幅值均值。此外，从闪电发生次数上看，承德市闪电主要发生在6～9月，且8月闪电总次数最多。

（3）雷击大地密度的大概特征就是从东南向西北递减，东南最高，中部次之，西北最低。分析了雷击大地密度与雷暴日的关系，围场和丰宁地区的每个雷暴日落雷次数最少，而平泉和宽城地区的雷暴日与落雷次数的相关性要好一些。

（4）承德市雷电流幅值主要分布在0～40 kA，且每个月雷电幅值均值在17～31 kA，总的幅值平均值为23.28 kA。

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