基于包头地区ADTD数据地闪空间活动特征分析

张岚彪

(包头市土默特右旗气象局，内蒙古 包头 014100)

雷电是我国比较严重的自然灾害之一，每年给我们国家无论从经济还是人员上都造成了巨大的损失，近几年，雷减灾已经成为气象部门重点开展的工作之一。闪电一般产生于对流发展旺盛的积雨云中，具有极强的破坏性[1]。近些年，国内大多学者结合气象资料与ArcGIS技术研究闪电活动特征，区域性闪电活动特征的研究以成为近年来雷电方面研究的重要方向之一。王学良[2]利用13个云地闪定位仪研究了湖北地区云地闪时间空间分布特征，张雅斌[3]利用2005年～2015年闪电观测和NCEP再分析资料，对陕西省地闪时间空间分布及气候环流特征进行统计分析，得出陕西地闪主要分布在黄土高原东侧、南侧和秦巴山脉南麓的迎风坡，正闪电主要位于陕北和陕南西部局地。马明，等[4]基于星载OTD和LIS共8a的闪电数据资料，分析了我国及周边地区闪电密度与气候特征的关系，得出闪电与气候相关性。国内外学者[5～7]对全球和中国大多地方的闪电性特征都进行了相关性研究。除此之外，国内外学者对我国北京、天津、上海等地闪电活动特征与气象要素之间的关系进行了详细的统计和分析，为我国区域性防灾减灾提供了有力的支撑。包头地区地形由中部山岳地带，山北高原草地，山南平原三部分组成，地势中间高、南北低，西高东低，且受气候的影响，包头地区是内蒙古地区发生雷暴频率较高地区之一，雷电灾害发生概率大，且包头地区闪电特征研究文献较少，地闪定位资料应用不多。

1 研究方法及资料

1.1 方法

数理统计法：用EXCEL软件对各年闪电频次与雷电流强度数据进行数理统计计算与筛选(消除由于闪电定位仪设备原因导致的闪电数据异常值)，得出包头9个地区闪电频次与雷电流强度数据分析闪电频次强度变化特征。

空间分析法：ArcGIS是集空间数据显示、编辑、查询检索、统计、报表生成、空间分析和高级制图等众多功能于一体的桌面应用地理信息系统平台，由3个重要部分组成：ArcGIS桌面软件、ArcSDE、ArcIMS软件通过这3个应用的协调工作，可以完成任何从简单到复杂的GIS工作，包括制图，数据管理，地理分析和空间处理。还包括与Internet地图和服务的整合，地理编码，高级数据编辑，高质量的制图，动态投影，元数据管理，基于向导的截面和对近40种数据格式的直接支持。笔者用ArcGIS软件对包头地区矢量图差值分析绘制出包头地区闪电频次与强度空间分布图分析闪电空间变化。

1.2 资料

现阶段，全内蒙古已有56个ADTD地闪定位仪，呼包乌地区已有13个三维全闪定位仪，重点单位雷电临近预警时效已达到0～1h，大气电场城市网格化预警精度达1km×1km。中心处理数据位于内蒙古自治区信息中心，包头地区有一个地闪定位仪，考虑到通用性、资料的完整性本文用2015年～2018年包头地区ADTD地闪定位仪资料，采用时差侧向混合算法，资料包括闪电发生时间、经纬度、雷电流强度、陡度、区域属性。

2 地闪活动特征

2.1 地闪频次特征

表1包头地区闪电频次

根据4年的地闪数据利用EXCEL软件对各年闪电频次与雷电流强度数据进行统计计算与筛选，得到包头各地区闪电频次数据并列表。从表中我们可以看出包头地区达尔罕茂明安联合旗4年来地闪发生次数最多，白云鄂博矿区发生地闪次数最少，包头市区九原区闪电次数最多为3 790次，青山区闪电次数最少为1 120次，市区总共发生10 505次闪电。

2.2 地闪频次空间分布特征

用ArcGIS软件建立1km×1km网格用矢量转栅格插值法绘制出包头地区2015年～2018年闪电密度空间分布图，东河区年平均闪电密度为5.68次/km2，昆都仑区年平均闪电密度为2.96次/km2，青山区年平均闪电密度为4.4次/km2，石拐区年平均闪电密度为5.3次/km2，白云鄂博矿区年平均闪电密度为3.06次/km2，九原区年平均闪电密度为2.7次/km2，土默特右旗年平均闪电密度为4.2次/km2，固阳县年平均闪电密度为3.1次/km2，达尔罕茂明安联合旗年平均闪电密度为2.4次/km2。包头地区地闪密度大的地方集中于达茂旗东南部，土默特右旗北部和南部，包头市大部分地区，其他地区地闪密度较小。初步原因分析，闪电密度分布情况与包头地区海拔有一定的关系，海拔越高地区闪电发生次数越多，闪电密度越高强度越大遭受雷击概率越大，雷灾事故发生率越大，对这些地区需要重点防灾减灾的预防,加强防雷减灾安全知识的宣传工作。

图1 闪电频次空间分布

图2 闪电强度空间分布

2.3 地闪强度空间分布特征

用ArcGIS软件建立1km×1km网格用矢量转栅格插值法绘制出包头地区2015年～2018年雷电流强度空间分布图，包头地区正地闪平均雷电流强度为50.4kA，负地闪平均雷电流强度为27.05kA,东河区平均雷电流强度为27.37kA，昆都仑区平均雷电流强度为29.39kA，青山区平均雷电流强度为24.06kA，石拐区平均雷电流强度为25.68kA，白云鄂博矿区平均雷电流强度为26.92kA，九原区平均雷电流强度为27.37kA，土默特右旗平均雷电流强度为28.57kA，固阳县平均雷电流强度为27.83kA，达尔罕茂明安联合旗平均雷电流强度为26.71kA。雷电流强度空间分布很不均匀，从图中可以看出包头地区整体雷电流强度呈现西大东小特点，强度高值在40kA～50kA的地区分3个部分，分别是达茂旗西北部，固阳县中部，土右旗东部。

3 结论

笔者利用2015年～2018年包头地区ADTD地闪数据主要对包头地区闪电空间活动特征进行分析得出以下结论：①包头地区地闪频次空间活动有明显的地域分布特征，包头市区青山区、石拐区、东河区地闪发生频次较高且分布相对集中。4年总地闪发生次数为90 943次，其中负地闪发生频73 292次，正地闪次数17 651，负地闪共占总地闪91.7%，正地闪次占总地闪8.23%，地闪主要以负地闪为主。②包头地区雷电流强度空间活动有明显的地域分布特征，且雷电流强度分布较分散，具有明显的区域特性。强度高值集中于达茂旗东南部，固阳县中部，包头地区雷电流强度均值为27.05kA。

在实际研究中，人们还发现雷电空间分布特征不仅与气候因素存在的一定关联，还与地形下垫面存在很大的关系。在不同的地形区域条件下，闪电活动特征存在着巨大空间分布特征，不同地表环境具有不同的海拔、坡度、坡向等地形要素，在此基础上，雷电发生的闪电频率、雷电流强度等参数也存在极大差异。由于研究数据资料的有限性，分析时间的跨度短，这给研究结果会带来一定的影响，造成数据的偏差，尤其对于影响平均闪电电流强度特性方面的研究还稍显不足。但通过实际的数据校准使得闪电数据的准确性得到极大提高，从通过GIS制作的闪电空间区域分布图的效果上也可以看出，包头市闪电强度具有规律性的分布。今后我们还会通过研究时间的扩增和闪电数据资料的不断累积，进一步完善该研究，为区域性防雷减灾奠定良好基础。