ADTD型与VLF/LF型闪电定位数据的对比分析

时间：2023-03-02 23:00:04 来源：千叶帆本文已影响人

马强

(内蒙古乌兰察布市气象局，乌兰察布 012000)

雷电是一种常见的自然现象。中国的雷电灾害主要集中在每年的4—9月，其中6—8月为高发期[1，2]。早期值班员普遍通过卫星云图和雷达回波监视得到降水云团的移动方向和移速，但由于云图和雷达的数据有一定的滞后性，观测到的云系位置并不准确。而以闪电定位数据作为主要的判断依据，根据 “+”(正闪) 和“-”(负闪)形式显示出的闪电所在位置和出现频率，可以准确地反映雷暴的情况[3，4]。近年来，随着闪电定位系统的建立和运用，闪电资料在雷电灾害鉴定和闪电活动特征分析等工作中的应用越来越广泛，而准确的闪电资料是为业务工作提供科学指导的基础，也是制定防雷减灾规划的有效依据[5]。目前国内使用的ADTD型闪电监测定位系统是中国科学院空间中心于1997年研制的，经过24 a的不断完善，地闪雷电检测技术和站网布局均非常成熟，但由于设备研发较早，观测能力和观测手段已不能满足日益增长的气象防灾减灾需求[6]。近几年各厂家陆续研发出新一代闪电定位仪，如：VLF/LF型、SAFIR型、LD-Ⅱ型等，其中VLF/LF型闪电定位仪不仅具有高灵敏度、高精度定位功能，还具有云闪定位功能。文章选取内蒙古乌兰察布市2019年汛期(6—8月)的ADTD型(以下简称A型)与VLF/LF型(以下简称V型)闪电定位数据进行对比分析，以期为内蒙古乌兰察布市的雷电灾害风险区划和雷电灾害风险评估提供数据支撑，为各级政府部门提供防雷减灾决策的科学依据。

文章所使用的A型闪电定位资料来源于内蒙古气象局的闪电定位系统[7]，该系统自2009年投入运行，乌兰察布市内共布设2台闪电定位仪，分别位于集宁区和四子王旗国家基本气象站，周边盟市共布设6台闪电定位仪。V型闪电定位资料来源于乌兰察布气象局2019年自建的3台闪电定位仪，分别位于凉城县、察哈尔右翼后旗国家一般气象站和四子王旗国家基本气象站，并与相邻省市布设的5台闪电定位仪组网后得到数据。

2.1 地闪活动的时间变化特征

对2种类型地闪数据进行逐月统计后可知，闪电的发生次数在6—8月呈逐渐增长的趋势，V型逐月数据量分别为A型数据量的1.5倍、1.92倍和2.04倍，而2种类型设备在乌兰察布市及周边省市部署的数量相近，表明V型设备的观测能力强于A型设备。

对2种类型地闪数据进行逐时统计后可知，乌兰察布地区的地闪活动具有明显的日变化特征，地闪频次的高值区为12：00—20：00(北京时，下同)，地闪频次极大值出现于14：00—15：00，此外03：00—08：00地闪频次较高，其余时刻地闪频次较低。

2.2 地闪密度的空间分布特征

对2种类型地闪数据按行政区划进行空间分布统计，由于各旗县的行政辖区面积不同，统计结果使用每百平方千米地闪频次代替各旗县总地闪频次。统计得出，全市雷电呈南多北少分布。由于站网布局不同，相对于A型站，V型站在化德县及周边部署较密集，观测数据偏多，在卓资县和四子王旗及周边部署较稀疏，观测数据偏少。

此次闪电定位数据的时间跨度为3个月，因此将2种类型数据按探测区域的经纬度以0.05°×0.05°的网格绘制地闪密度分布图。因V型数据多于A型数据，网格数据定义为网格地闪频次占全市总地闪频次的百分比。从全市地闪密度分布可以得出，2种类型闪电数据的空间分布基本相同，地闪发生较多的地区为凉城县、丰镇市、兴和县、商都县和四子王旗中部。通过与全市水域位置对比分析发现，凉城县的岱海(112.7°E，40.6°N)、丰镇市的聚宝庄水库(113°E，40.5°N)、兴和县的友谊水库(114°E，40.8°N)、商都县的察罕淖尔(113.8°E，41.5°N)和察哈尔右翼后旗的石门口水库(113.3°E，41.4°N)均为地闪活动的高发区，0.05°网格的地闪频次均在0.35%以上，表明地闪多发地区与地表水体的存在有一定的相关性。

2.3 闪电强度的分布特征

对全市2种类型闪电数据按闪电电流强度进行统计，结果如图1所示。其中，图1(a)与图1(b)的统计图形极为相似，说明乌兰察布地区汛期的地闪活动以负闪为主，负闪发生概率为88.43%与87.5%，电流值分布为-150～150 kA，电流值主要集中在-5～-50 kA，平均电流值为-17.77 kA和-15.57 kA。V型设备对-15～15 kA的地闪探测比例明显多于A型设备，表明V型设备的低电流地闪观测能力较强。图1(c)的云闪统计结果与地闪统计图形有所不同，云闪活动的负闪概率为40%，电流值分布区间为-150～150 kA，电流值主要集中在-25～35 kA，平均电流值为4.44 kA。

2.4 云闪高度的空间分布特征

对V型云闪数据按云层高度统计后的结果如图2所示。乌兰察布地区云闪发生的高度在0～30 km，80%的云闪位于10 km以下云层。云闪活动主要集中于1～7 km，占总云闪60%，峰值为2～3 km，表明当地云闪活动经常在中云(2～6 km)发生，其次为低云(0～2 km)与高云(大于6 km)。

图1 两型闪电电流强度统计(a)A型地闪；
(b)V型地闪；
(c)V型云闪

图2 V型云闪发生的云层高度统计

文章从闪电的时间变化及空间分布等方面对ADTD型与VLF/LF型闪电定位仪进行了对比分析，并得出相应结论，分析结果可为预报预警和防雷减灾工作提供技术支撑和决策依据。

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