南京地区闪电特征分析

曲骅倩 高巍 孙飞驰 崔耀鹏 秦瑜 华婧婧

摘要 利用江苏省闪电定位仪2008—2010年的数据，采用ArcGIS和Sufer绘制闪电密度图、闪电强度图，最终得出南京市闪电活动的特征。结果表明，南京地区闪电活动空间和闪电强度分布不均匀，闪电密度和闪电强度的高值区主要分布于江宁区;闪电频数随纬度影响不如经度明显，且经度变化呈单峰型分布，而地形地貌、水汽条件和城市热岛等因素可能是导致上述特征的主因。

关键词 南京;雷电灾害;时空分布

中图分类号：P427.3 文献标识码：A 文章编号：2095-3305（2019）06-082-03

DOI： 10.19383/j.cnki.nyzhyj.2019.06.030

Analysis on the Characteristics of Lightning Activity and Lightning Disaster in Nanjing

QU Hua-qianet al（Huanren Manchu Autonomous County Meteorological Bureau，Benxi，Liaoning 117200）

Abstract Based on the lightning data of Jiangsu lightning location instrument from 2008 to 2010，ArcGIS and Sufer were used to draw the lightning density map and lightning intensity map，and finally the characteristics of lightning activity in Nanjing were obtained. The results showed that the distribution of lightning activity space and intensity was not uniform in Nanjing area，and the high value areas of lightning density and intensity were mainly distributed in Jiangning area. The influence of latitude on lightning frequency was not as obvious as longitude，and the longitude changed in a unimodal distribution. Topography，water vapor condition and urban heat island may be the main reasons for the above characteristics.

Key words Nanjing;Lightning disaster;Spatial and temporal distribution

南京位于31°14′～32°36′N，118°22′～119°14′E，全市面积6 597 km2。南京属于北亚热带湿润季风气候，兼受西风环流、副热带和热带天气系统控制，气候复杂，灾害性天气频次高。随着南京城市的快速发展，雷电灾害造成的影响和威胁日趋严重，因此，迫切需要雷电监测、预警以及对雷电灾害的防护。闪电产生于雷暴天气，是雷暴天气的基本特征，闪电的活动规律与雷暴有密切关系，可以通过闪电的活动规律研究雷暴，也可以通过雷暴来研究闪电的活动规律，因此，分析南京市闪电活动规律，有助于指导南京市开展防雷减灾等工作。

闪电参数从客观上反映了闪电活动的规律[1-2]，關于闪电特征的分析，除了闪电落雷位置、地面落雷密度，还有闪电发生的时空数据。因此，基于闪电定位系统，可以收集到更精确的数据，再通过对这些数据进行整理、探讨、分析，就可以将复杂的闪电特征用简单的数据和图文表达出来，有助于更多的人了解闪电活动的特征。

近年来，国内外学者通过闪电监测系统所获得的大量数据颇有参考价值。易燕明等[3]根据广州市的闪电定位资料，分析了广州市的地闪密度时空分布特征，研究结果表明，广州市地闪密度空间分布具有明显的区域性，闪电密度分布高的区域与电流强度高的区域基本一致。余建华等[4]利用2004—2007年江西省雷电监测定位系统获取的闪电数据资料，对江西省闪电强度、陡度的分布以及相关关系进行了分析。冯桂力等[5]根据山东地区雷电监测网1998—2000年的闪电数据资料，对闪电时空分布特征进行分析，证明了闪电分布与下垫面和地形密切相关。

笔者利用2008—2010年南京地区闪电定位系统的闪电数据，结合南京地区的气候、地形地貌等因素，对南京地区闪电的时空分布特征进行了分析。

1 资料与方法

江苏地区闪电定位系统建于2005年，使用的是ADTD闪电探测仪，采用时差测向混合闪电定位法对闪电进行定位，目前由9个闪电探测站点组成，主站位于南京，基本覆盖了江苏省13个地市的主要行政区域。ADTD闪电定位系统探测精度高，且能长时间连续而稳定的运行，以150 km半径范围内为基线进行连续实时自动探测，钟频最高至16 MHz，定位误差小于1 km，以95%的探测效率使每个闪电回击的处理时间在1 ms左右。该系统能实时地将各监测站所测得的数据传输到数据处理站进行集中处理，从而实现对地闪时间、位置（经度、纬度）、强度、陡度和极性的自动监测[6-10]。探测显示了二站振幅、二站混合、三站混合和四站算法[11]这4种定位方式。

所用闪电资料来自江苏省ADTD闪电定位系统2008年1月至2010年12月的闪电观测数据。基本采用数理统计方法，利用ArcGIS空间分析技术绘制闪电密度图，利用Sufer绘制闪电强度图，利用Matlab统计闪电频数随经纬度的变化，利用Excel绘制直方图进行分析。

2 结果与分析

2.1 闪电密度分布

从图1可以看出，南京闪电活动分布主要集中在江宁区，闪电密度的高值区分布在江宁区东北部，高达9次/km2，闪电围绕密度中心向四周逐渐减少;江宁区中部和南部出现次密度中心，达4次/km2;溧水区西北部、高淳区南部和六合北部出现闪电密度较低值区，约有3次/km2，浦口西北部和市区的闪电密度最小，全市闪电分布不均匀。 2.2 闪电强度分布

从图2可以看出，南京地区的闪电强度分布具有以下特点：闪电强度最高值大于380 kA，低值小于20 kA，闪电高值区（≥150 kA）主要分布在江宁区，其次还有溧水区中西部，高淳区中部、北部，浦口区西部，市区北部;次高值区（介于60～150 kA）分布在江宁区、市区、高淳区南部和东南部;而六合区中部及浦口区西南部为雷击强度相对小值区。

2.3 闪电频数随经纬度变化特征

从图3a可以看出，31.4°～31.6° N为闪电低发区，32.2°～32.4° N为次低发区，31.8°～32° N为高发区，可见闪电在纬度间变化十分不稳定。从图3b可以看出，闪电频数随经度几乎呈单峰型分布，在118.4°～119° E与经度正相关，在119.0°～119.2° E与经度负相关。闪电高发区在118.8°～119.0° E，次高发区在118.6°～118.8° E，低发区在118.3°～118.6° E，次低发区为119.1°～119.2°E。可见闪电低发区位于浦口区西北部，次低发区位于六合区、高淳区，次高发区位于主城区、溧水区，高发区位于江宁区。

2.4 地形地貌、水汽條件和城市热岛效应对闪电的影响

在西风环流、副热带高压等大尺度天气和经纬度的影响下，南京闪电密度和闪电强度分布显得十分不均匀，而地形地貌、水汽条件和城市热岛效应也对其造成了十分重要的影响。

2.4.1 地形地貌和水汽条件的影响 江宁区有低山丘陵、岗地、平原等，南北两侧高、中间低。东北部和西部有孔山、青龙山、横山、云台山等，中部伫立着牛首山以及平坦的秦淮河平原，不仅有纵贯南北的秦淮河，还有穿插其中的江宁河和七乡河。气流在两侧丘陵山脉提供的动力与热力作用下抬升，又遇到河流提供的水汽因子，易形成强对流造成雷电活动，因而闪电分布主要集中在江宁区。而高淳区地势东高西低，东部为茅山、天目山余脉连接部等的丘陵山区，西部为河网稠密的圩区，全县为固城湖、石臼湖和水阳江环绕，地形、水汽条件以及土壤电阻率低且含水量高的湖边都适于雷暴发展。在雷电多发的夏季，在温度、湿度和地形共同作用下，积雨云变得十分深厚，感应电荷更多，雷击强度也相对更大。沿江一带长江从主城区穿过，又有栖霞山、紫金山区和幕府山为主的沿江带状山区等山脉，地形和水汽条件都非常有利，雷击强度也相应更大。可以看出，闪电集中区域、闪电强度大的区域均和丘陵、山脉、河流的地形密切相关。

2.4.2 城市热岛和城市磁场的影响 南京江宁区、六合区、栖霞区等工厂企业多，电子仪器、微电子设备和通讯设备密集，工业导致的城市用电剧增，城市电磁场已在自然状态下发生了很大转变，更易受雷电电磁脉冲影响，同时许多工厂企业在生产过程中排放大量高温、暖湿气体;市区人员密集、高楼密集、植被稀疏，导致二氧化碳排放也比较大。这些气体常含有大量导电粒子游离的分子团，在城市热岛环流作用下，有助于对流天气的形成，易导致雷灾发生。

3 结论与讨论

南京地区闪电活动空间和闪电强度分布不均匀，而闪电发生和闪电强度均与地形地貌、水汽条件和城市热岛有关。闪电密度和闪电强度的高值区主要分布在江宁区，这与江宁地区独特的地形地貌有关系，同时江宁区也是工业集中区。闪电活动主要活跃于秦淮河、长江、石臼湖、秦淮河等水域附近的宁镇丘陵，这些区域通常闪电强度也相对较高。而地形逸散开阔又无水域的平原地带，比如六合中部和浦口西南部，闪电活动特别少，闪电强度也较弱。闪电频数随纬度变化十分不稳定，随经度变化明显，呈单峰型分布，在118.8°～119.0° E闪电活动特别多。

参考文献

[1] GOLDE R H. Lightning. Volume 1. Physics of lightning[M].New York：Academic Press，1977.

[2] GOLDE R H. Lightning. Volume 2. Lightning protection[M].New York：Academic Press，1977.

[3] 易燕明，杨兆礼，万齐林.广州市闪电密度特征分析[J].资源科学，2006，28（1）：151-156.

[4] 余建华，邹金生，李杉.江西省雷电监测定位系统探测数据分析[J].气象科技，2009，37（1）：102-105.

[5] 冯桂力，陈文选，刘诗军，等.山东地区闪电的特征分布[J].应用气象学报，2002，13（3）：347-355.

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[9] 张文娟，孟青，吕伟涛，等.时间差闪电监测网的误差分析和布局优化[J]. 应用气象学报，2009，20（4）：402-410.

[10]尹丽云，许迎杰，张腾飞，等.一种新的雷电日及雷电参数统计方法[J].气象科技，2009，37（6）：739-743.

[11] 许洪泽.江苏闪电定位网资料的分析与研究[D].南京：南京信息工程大学，2007.

责任编辑：郑丹丹