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摘要 利用ADTD闪电定位系统监测的云地闪资料和气象台站记录的雷电日资料，对2019年兴安盟闪电活动的时空分布特征进行了分析：结果表明：2019年云地闪以负闪为主，占78.6%;闪电活动主要集中在6—8月，闪电次数占全年总闪电次数的93.9%，7月闪电次数和闪电日数均最高;闪电次数呈现明显的日变化，在每日15∶00～16∶00闪电出现次数最多;闪电密度的高值区在突泉县西北部和科右中旗西北部，次高值区位于兴安盟西北部呈东北—西南向带状分布;正闪强度空间分布差异较小，无明显强度中心，负闪强度高值区在扎赉特旗南部。
关键词 雷电日数;闪电密度;闪电强度
中图分类号：P427.3 文献标识码：A 文章编号：2095–3305（2020）07–0–02
DOI：10.19383/j.cnki.nyzhyj.2020.07.020
Analysis of Temporal and Spatial Distribution Characteristics of Lightning Activities in Hinggan League in 2019
LI Si-ran et al （Inner Mongolia Xing’an League Meteorological Observatory， Ulanhot， Inner Mongolia 137400）
Abstract Using the flash data monitored by the ADTD lightning positioning system and the lightning days data recorded by meteorological stations， the temporal and spatial distribution characteristics of lightning activities in the Hinggan League in 2019 were analyzed： the results showed that the lightning activity is mainly negative lightning， which accounts for 78.6%;lightning activities are mainly focus on between June and August， the number of lightning times accounted for 93.9% throughout the year， the number of lightning times and the number of lightning days are the highest in July; the number of lightning shows obvious daily changes， the high-incidence period of lightning activities focus on between 15 o‘clock and 16 o’clock in a day， and occurs most from 12 o‘clock to 20 o‘clock， accounting for 77.4%; the high value areas of lightning density are in the northwest of Tuquan County and the northwest of Keyouzhong Banner， the second high value area is located in the northwestern part of Hinggan League， and it is distributed in a northeast-southwest direction; the spatial distribution of positive flashes has little difference in intensity， and there is no obvious intensity center. The high value area of negative flashes is in the south of Zhalaite Banner.
Key words Lightning days; Lightning density; Lightning intensity
雷電是在雷暴天气条件下发生的伴有闪电和雷鸣的一种雄伟壮观而又令人生畏的放电现象。雷电产生的高温、猛烈的冲击波以及强烈的电磁辐射等物理效应，使其能在瞬间产生巨大的破坏作用，常常会造成人员伤亡，击毁建筑物，引起森林火灾，造成油田等燃烧甚至爆炸，危害人民财产和人身安全。雷电灾害已被联合国有关部门列为最严重的十种自然灾害之一。传统的雷电记录以测站人工观测记录为主，随着对雷电研究的深入，遥感、遥测等技术的发展，目前实时闪电定位系统已经完全取代人工观测，成为目前雷电监测的主要手段。对全国不同区域而言，目前主要有ADTD（地闪）、VLF/LF（全闪包括云闪和地闪）两套闪电定位系统，提供的闪电定位资料是目前开展雷电预警、雷电灾害评估的主要依据。许多气象学者对基于ADTD闪电定位数据与目测雷暴日之间的关系已经进行了深入的研究，研究结果表明：在台站周围15～20 km范围内人工观测雷暴日数据和ADTA闪电定位系统，得到的闪电日数据相关性最高，两者总体的一致性是可以认可的。以ADTD闪电定位系统监测的日地闪数据为基础，分析了2019年兴安盟闪电分布特征。
1 资料及方法
采用2019年ADTD闪电定位监测到的逐日地闪数据（范围119°E～124°E，44°N～48°N）和1964—2013年人工观测的雷暴日数据，分析了2019年闪电的分布特征和8个人工观测站雷电日特征。传统雷暴日的计算方法是只要该地区某一天（当日20∶00～次日20∶00）中至少发生了1次雷暴则记录为该地区1个雷暴日，而从诸多学者的研究可知，以此种方法计算的雷暴日数明显少于由闪电定位仪监测到的雷电日数，更多学者倾向于用雷电日代替雷暴日。对2014年以前的目测数据也采用此种统计方法，在1天中（当日20∶00～次日20∶00）只要观测到闪电或雷暴则记为1个雷电日。2019年测站雷电日的统计方法则是按照测站周边20 km半径范围是否出现闪电计算。年雷电日数是从1月1日—12月31日累计的雷电日数之和。 2 闪电时空分布特征
2.1 闪电总体特征
2019年兴安盟闪电日数为109 d（指至少记录到1个闪电的天数），最早出现在4月，最晚出现在11月。2019年共发生云地闪20 719次，其中负闪16 278次，占总闪电数的78.6%，正闪4 441次，占总闪电数的21.4%，正负闪电出现次数比例的为1∶3.6，绝大多数为负闪，这主要与对流云中电荷的分布有关，负电荷主要分布在对流云的下部，正电荷主要分布在对流云的上部，因此，云的主体部分和地面之间的放电大多数为负闪。正、负闪及总闪的平均电流强度分别为63.27 kA、36.39 kA、42.16 kA，正闪的平均强度高于负闪，此观测结果与何晖等[1]的研究结果一致。
2.2 闪电月变化特征
2019年闪电月变化呈明显的单峰型，4—7月闪电次数和闪电日数逐渐增加;8—11月闪电次数和闪电日数逐渐减少;6—8月是闪电发生的高峰期，闪电次数占全年总闪电次数的93.9%，月均闪电次数6 482次，闪电日数占全年总闪电日数的73.3%，月均闪电日数26.6 d;7月闪电次数和闪电日数均最高，几乎每天都出现闪电。正闪次数的变化趋势与总闪次数变化趋势一致，同样集中在6—8月，月平均正闪比例在20%左右，接近于年平均正闪比例，但低于其他月份的正闪比例，其可能原因是春秋季的雷暴通常发生在较强的风切变下，对流云中的偶极电荷分布发生倾斜，上部的正电荷更易对地产生放电。
2.3 闪电日变化特征
统计2019年闪电的日变化特征，可以用逐时正负闪电次数和正负闪占总闪电次数的比例来表示（图1）。2019年闪电的发生呈现明显的日变化，总闪次数、正闪次数和负闪次数变化趋势一致，均呈单峰型，峰值均出现在午后15∶00，每日12∶00～20∶00是闪电的多发时段，平均每小时闪电次数2 000次，占每日总闪电数的77.4%。21∶00～00∶00闪电几乎没有闪电发生，01∶00～11∶00闪电次数变化较为平缓（图1）。这与兴安盟地区午后到傍晚多雷雨天气的气候特征一致，因此每日的12∶00～20∶00也是雷电天气监测和预警的关键时段。
从正负闪次数占总闪电次数的比例看，虽然两者出现次数的变化趋势一致，但变化比例差异显著。正闪次数的日变化较负闪显著，在傍晚前后正闪比例最高，负闪比例最低，凌晨到上午，基本以负闪为主。由闪电极性的日变化可知，午后随着正闪频次的增多，闪电强度逐渐增强。
2.4 闪电空间分布
2.4.1 雷电日特征 1964—2013年50年平均的雷电日数自南向北逐渐增加，8个观测站中胡尔勒雷电日数最高为37.9 d，高力板最少，为25.6 d（图2a）。各站之间差异显著，除了地形和天气系统的影响外，观测员的主观判断对观测记录也有很大影响[2-4]。2019年雷电日数最多为胡尔勒（38 d），最少为乌兰浩特（28 d），雷电日数分布自西向东逐渐减少，音德尔和乌兰浩特明显少于其他观测站，与50年平均的雷电日相比，音德尔明显少于历史平均，而南部的3个观测站明显高于历史平均，表明不同地区雷电分布的年变化显著（图2b）。
2.4.2 闪电密度特征 应用ArcMap軟件，按照2 km×2 km网格，利用核密度分析函数计算了2019年兴安盟地区闪电密度（每km2的闪电次数）。2019年闪电密度为0.21～1.85次/km2，闪电密度平均值为0.39次/km2，大部地区闪电密度在0.8次/km2以下，闪电高密度中心位于突泉县西北部和科右中旗西北部，闪电密度超过1.5次/km2，次高密度区呈带状，自扎赉特旗西北部到科右前旗西北部呈东北—西南向分布。从闪电的分布可知，闪电密度与地形关系密切，在大兴安岭山脉附近闪电密度明显高于其他地区，在山脉向平原过渡的东部地区，闪电密度明显减少[5]。对比通过雷电日数和闪电密度计算的雷电分布特征存在明显差异，并不呈现简单的线性关系，单纯利用雷电日数来确定雷电的分布特征并不客观，对于雷电的预警和灾害评估而言，闪电密度分布无疑比雷电日数分布更能客观地反映地面遭受雷击的情况，因此，对于兴安盟雷电灾害的风险区划可将闪电密度作为重要参数。
2.5 闪电强度特征
在闪电发生的主要时段，各月的正闪强度均明显高于负闪，正闪强度随着时间逐渐减弱，各月均值均在60 kA以上，负闪强度随时间的变化不明显，各月均值在40 kA左右。利用反距离权重差值方法绘制了正闪和负闪电流强度的空间分布。大部地区正闪电流强度在50～100 kA，无明显的正闪中心。大部地区负闪电流强度在50 kA以下，高值中心在扎赉特旗南部。
3 结论
通过对2019年闪电资料的统计分析，得出2019年兴安盟地区闪电的主要特征如下：（1）闪电活动集中在6—8月，闪电发生次数占全年总闪电次数的93.9%。闪电主要发生在每天的12∶00～20∶00，占每日总闪电次数的77.4%，该时段是开展雷电监测和雷电防护的重要时段。（2）2019年平均闪电密度为0.39次/km2，高密度中心位于突泉县西北部和科右中旗西北部，次高密度区自扎赉特旗西北部到科右前旗西北部呈东北—西南向带状分布。各观测站的雷电日数以胡尔勒最多，乌兰浩特最少。（3）在闪电发生的主要时段，各月正闪强度在60～70 kA，负闪强度在35～40 kA，正闪强度随时间逐渐减弱，负闪强度各月之间变化不明显。（4）正闪强度空间分布差异较小，无明显强度中心，负闪强度高值区在扎赉特旗南部。
参考文献
[1] 何晖，李宏宇.北京地区闪电特征初探[J].气象科技，2005，33（6）：496–500.
[2] 丁旻，吴安坤，刘芸.两种闪电定位资料的对比分析[J].科学技术与工程，2019，19（27）：47–54.
[3] 钟颖颖，冯民学，周曾奎，等.闪电定位资料与目测雷暴日的对比分析[J].气象科学，2010，30（6）：851–855.
[4] 李庆君，李艳娜，张锐.2007—2011年内蒙古雷电灾害特征分析[J].内蒙古气象，2013（2）：39–41.
[5] 霍沛东，马海鹏，李京校，等.北京市闪电定位数据与人工观测雷暴日关系研究[J].中国农学通报，2018，34（20）：118–125.
责任编辑：黄艳飞
关键词 雷电日数;闪电密度;闪电强度
中图分类号：P427.3 文献标识码：A 文章编号：2095–3305（2020）07–0–02
DOI：10.19383/j.cnki.nyzhyj.2020.07.020
Analysis of Temporal and Spatial Distribution Characteristics of Lightning Activities in Hinggan League in 2019
LI Si-ran et al （Inner Mongolia Xing’an League Meteorological Observatory， Ulanhot， Inner Mongolia 137400）
Abstract Using the flash data monitored by the ADTD lightning positioning system and the lightning days data recorded by meteorological stations， the temporal and spatial distribution characteristics of lightning activities in the Hinggan League in 2019 were analyzed： the results showed that the lightning activity is mainly negative lightning， which accounts for 78.6%;lightning activities are mainly focus on between June and August， the number of lightning times accounted for 93.9% throughout the year， the number of lightning times and the number of lightning days are the highest in July; the number of lightning shows obvious daily changes， the high-incidence period of lightning activities focus on between 15 o‘clock and 16 o’clock in a day， and occurs most from 12 o‘clock to 20 o‘clock， accounting for 77.4%; the high value areas of lightning density are in the northwest of Tuquan County and the northwest of Keyouzhong Banner， the second high value area is located in the northwestern part of Hinggan League， and it is distributed in a northeast-southwest direction; the spatial distribution of positive flashes has little difference in intensity， and there is no obvious intensity center. The high value area of negative flashes is in the south of Zhalaite Banner.
Key words Lightning days; Lightning density; Lightning intensity
雷電是在雷暴天气条件下发生的伴有闪电和雷鸣的一种雄伟壮观而又令人生畏的放电现象。雷电产生的高温、猛烈的冲击波以及强烈的电磁辐射等物理效应，使其能在瞬间产生巨大的破坏作用，常常会造成人员伤亡，击毁建筑物，引起森林火灾，造成油田等燃烧甚至爆炸，危害人民财产和人身安全。雷电灾害已被联合国有关部门列为最严重的十种自然灾害之一。传统的雷电记录以测站人工观测记录为主，随着对雷电研究的深入，遥感、遥测等技术的发展，目前实时闪电定位系统已经完全取代人工观测，成为目前雷电监测的主要手段。对全国不同区域而言，目前主要有ADTD（地闪）、VLF/LF（全闪包括云闪和地闪）两套闪电定位系统，提供的闪电定位资料是目前开展雷电预警、雷电灾害评估的主要依据。许多气象学者对基于ADTD闪电定位数据与目测雷暴日之间的关系已经进行了深入的研究，研究结果表明：在台站周围15～20 km范围内人工观测雷暴日数据和ADTA闪电定位系统，得到的闪电日数据相关性最高，两者总体的一致性是可以认可的。以ADTD闪电定位系统监测的日地闪数据为基础，分析了2019年兴安盟闪电分布特征。
1 资料及方法
采用2019年ADTD闪电定位监测到的逐日地闪数据（范围119°E～124°E，44°N～48°N）和1964—2013年人工观测的雷暴日数据，分析了2019年闪电的分布特征和8个人工观测站雷电日特征。传统雷暴日的计算方法是只要该地区某一天（当日20∶00～次日20∶00）中至少发生了1次雷暴则记录为该地区1个雷暴日，而从诸多学者的研究可知，以此种方法计算的雷暴日数明显少于由闪电定位仪监测到的雷电日数，更多学者倾向于用雷电日代替雷暴日。对2014年以前的目测数据也采用此种统计方法，在1天中（当日20∶00～次日20∶00）只要观测到闪电或雷暴则记为1个雷电日。2019年测站雷电日的统计方法则是按照测站周边20 km半径范围是否出现闪电计算。年雷电日数是从1月1日—12月31日累计的雷电日数之和。 2 闪电时空分布特征
2.1 闪电总体特征
2019年兴安盟闪电日数为109 d（指至少记录到1个闪电的天数），最早出现在4月，最晚出现在11月。2019年共发生云地闪20 719次，其中负闪16 278次，占总闪电数的78.6%，正闪4 441次，占总闪电数的21.4%，正负闪电出现次数比例的为1∶3.6，绝大多数为负闪，这主要与对流云中电荷的分布有关，负电荷主要分布在对流云的下部，正电荷主要分布在对流云的上部，因此，云的主体部分和地面之间的放电大多数为负闪。正、负闪及总闪的平均电流强度分别为63.27 kA、36.39 kA、42.16 kA，正闪的平均强度高于负闪，此观测结果与何晖等[1]的研究结果一致。
2.2 闪电月变化特征
2019年闪电月变化呈明显的单峰型，4—7月闪电次数和闪电日数逐渐增加;8—11月闪电次数和闪电日数逐渐减少;6—8月是闪电发生的高峰期，闪电次数占全年总闪电次数的93.9%，月均闪电次数6 482次，闪电日数占全年总闪电日数的73.3%，月均闪电日数26.6 d;7月闪电次数和闪电日数均最高，几乎每天都出现闪电。正闪次数的变化趋势与总闪次数变化趋势一致，同样集中在6—8月，月平均正闪比例在20%左右，接近于年平均正闪比例，但低于其他月份的正闪比例，其可能原因是春秋季的雷暴通常发生在较强的风切变下，对流云中的偶极电荷分布发生倾斜，上部的正电荷更易对地产生放电。
2.3 闪电日变化特征
统计2019年闪电的日变化特征，可以用逐时正负闪电次数和正负闪占总闪电次数的比例来表示（图1）。2019年闪电的发生呈现明显的日变化，总闪次数、正闪次数和负闪次数变化趋势一致，均呈单峰型，峰值均出现在午后15∶00，每日12∶00～20∶00是闪电的多发时段，平均每小时闪电次数2 000次，占每日总闪电数的77.4%。21∶00～00∶00闪电几乎没有闪电发生，01∶00～11∶00闪电次数变化较为平缓（图1）。这与兴安盟地区午后到傍晚多雷雨天气的气候特征一致，因此每日的12∶00～20∶00也是雷电天气监测和预警的关键时段。
从正负闪次数占总闪电次数的比例看，虽然两者出现次数的变化趋势一致，但变化比例差异显著。正闪次数的日变化较负闪显著，在傍晚前后正闪比例最高，负闪比例最低，凌晨到上午，基本以负闪为主。由闪电极性的日变化可知，午后随着正闪频次的增多，闪电强度逐渐增强。
2.4 闪电空间分布
2.4.1 雷电日特征 1964—2013年50年平均的雷电日数自南向北逐渐增加，8个观测站中胡尔勒雷电日数最高为37.9 d，高力板最少，为25.6 d（图2a）。各站之间差异显著，除了地形和天气系统的影响外，观测员的主观判断对观测记录也有很大影响[2-4]。2019年雷电日数最多为胡尔勒（38 d），最少为乌兰浩特（28 d），雷电日数分布自西向东逐渐减少，音德尔和乌兰浩特明显少于其他观测站，与50年平均的雷电日相比，音德尔明显少于历史平均，而南部的3个观测站明显高于历史平均，表明不同地区雷电分布的年变化显著（图2b）。
2.4.2 闪电密度特征 应用ArcMap軟件，按照2 km×2 km网格，利用核密度分析函数计算了2019年兴安盟地区闪电密度（每km2的闪电次数）。2019年闪电密度为0.21～1.85次/km2，闪电密度平均值为0.39次/km2，大部地区闪电密度在0.8次/km2以下，闪电高密度中心位于突泉县西北部和科右中旗西北部，闪电密度超过1.5次/km2，次高密度区呈带状，自扎赉特旗西北部到科右前旗西北部呈东北—西南向分布。从闪电的分布可知，闪电密度与地形关系密切，在大兴安岭山脉附近闪电密度明显高于其他地区，在山脉向平原过渡的东部地区，闪电密度明显减少[5]。对比通过雷电日数和闪电密度计算的雷电分布特征存在明显差异，并不呈现简单的线性关系，单纯利用雷电日数来确定雷电的分布特征并不客观，对于雷电的预警和灾害评估而言，闪电密度分布无疑比雷电日数分布更能客观地反映地面遭受雷击的情况，因此，对于兴安盟雷电灾害的风险区划可将闪电密度作为重要参数。
2.5 闪电强度特征
在闪电发生的主要时段，各月的正闪强度均明显高于负闪，正闪强度随着时间逐渐减弱，各月均值均在60 kA以上，负闪强度随时间的变化不明显，各月均值在40 kA左右。利用反距离权重差值方法绘制了正闪和负闪电流强度的空间分布。大部地区正闪电流强度在50～100 kA，无明显的正闪中心。大部地区负闪电流强度在50 kA以下，高值中心在扎赉特旗南部。
3 结论
通过对2019年闪电资料的统计分析，得出2019年兴安盟地区闪电的主要特征如下：（1）闪电活动集中在6—8月，闪电发生次数占全年总闪电次数的93.9%。闪电主要发生在每天的12∶00～20∶00，占每日总闪电次数的77.4%，该时段是开展雷电监测和雷电防护的重要时段。（2）2019年平均闪电密度为0.39次/km2，高密度中心位于突泉县西北部和科右中旗西北部，次高密度区自扎赉特旗西北部到科右前旗西北部呈东北—西南向带状分布。各观测站的雷电日数以胡尔勒最多，乌兰浩特最少。（3）在闪电发生的主要时段，各月正闪强度在60～70 kA，负闪强度在35～40 kA，正闪强度随时间逐渐减弱，负闪强度各月之间变化不明显。（4）正闪强度空间分布差异较小，无明显强度中心，负闪强度高值区在扎赉特旗南部。
参考文献
[1] 何晖，李宏宇.北京地区闪电特征初探[J].气象科技，2005，33（6）：496–500.
[2] 丁旻，吴安坤，刘芸.两种闪电定位资料的对比分析[J].科学技术与工程，2019，19（27）：47–54.
[3] 钟颖颖，冯民学，周曾奎，等.闪电定位资料与目测雷暴日的对比分析[J].气象科学，2010，30（6）：851–855.
[4] 李庆君，李艳娜，张锐.2007—2011年内蒙古雷电灾害特征分析[J].内蒙古气象，2013（2）：39–41.
[5] 霍沛东，马海鹏，李京校，等.北京市闪电定位数据与人工观测雷暴日关系研究[J].中国农学通报，2018，34（20）：118–125.
责任编辑：黄艳飞