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研究呼和浩特市闪电定位监测对比雷暴日观测的数据差异分析

2020-02-17 156 上传者：管理员

摘要：本文基于雷暴日观测及闪电定位监测，通过数理统计法进行对比分析，分析得出二者间的异同，明确两种雷电活动观测方法的优缺点，从而提高闪电定位资料与雷暴资料在雷电活动监测预警､预报工作中的应用价值，保证呼和浩特市防雷减灾工作的顺利开展。

关键词：
呼和浩特
对比
闪电定位
雷暴日
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传统雷暴观测主要是通过人工方式进行的,气象站的观测人员以是否听到雷声为准,若当日听到一次雷声,则认为是一个雷暴日,并记录起止时间及开始终止方向｡随着GIS的发展,雷电监测定位技术也有了很大推进｡现阶段,我国各省市都已用闪电监测系统观测雷暴活动｡目前,闪电定位系统主要分为LD-II型闪电定位仪和ADTD型闪电定位仪两种,内蒙古地区用的是ADTD型闪电定位仪｡

对于闪电定位仪的应用和两种观测方法的对比国内外许多学者做了研究｡栾健[1]等人利用闪电定位系统和人工观测雷暴资料及对应的气象电话拨打次数研究了基于两种资料的雷电关注度对比分析｡马金福[2]等人研究了雷击大地密度与雷暴日数的关系分析从而提出«规范»地闪密度计算公式存在误差｡王从卯[3]等人用山东地区人工和闪电定位系统两种观测资料进行对比研究,并提出了应用两种资料注意的问题｡冯真祯[4]等人用福建省闪电监测资料分析了福建省地闪时空分布特征｡由于闪电定位系统可全天连续运行,记录雷电发生的时间､位置､强度及极性等属性,逐渐替代雷暴的人工观测｡雷电监测由全国雷电监测网提供,该数据如何与传统人工观测数据进行连接,以满足对雷暴长期分析､雷电灾害风险评估､雷电监测预警､雷灾技术调查等众多防雷业务科研要求成为关键性问题｡

1、研究区域概况及资料来源

1.1 研究区域概况

呼和浩特位于内蒙古中部地处东经110°46′~112°10′,北纬40°51′~41°8′是内蒙古首府城市,该城市属于典型的温带大陆性气候,四季气候变化明显,且根据地区雷暴日等级划分呼和浩特地区属于多雷区｡

1.2 资料来源

雷暴日资料:笔者利用1985年~2013年28a呼和浩特市郊区､和林格尔县､清水河县､武川县､土默特左旗､托克托县6个基准气候站如表1的雷暴日资料,在对资料进行统计处理和分析遵循以下原则:通过观察者的眼睛､耳朵对雷电过程中产生的闪光和声音进行记录｡当观察者听到一次雷声看到一次电闪即认为该日是一个雷暴日｡观测原始数据是24h连续观测,出现漏记､错记可能性小,与闪电定位仪监测数据比较更有意义｡

闪电定位资料:为保证资料对比分析的连续性,采用2011年~2014年4a呼和浩特市ADTD闪电定位资料｡内蒙古闪电监测定位系统主要分布在内蒙古中部和东部,系统的中心数据处理站在呼和浩特市｡该系统主要由ADTD地闪探测仪､中心数据处理站､图形显示终端等构成,在中心处理站把处理好的数据显示在终端上传｡闪电定位系统采用时差测向混合法(IMPACT)进行地闪的探测定位,给出每个地闪的发生时间､位置､极性､强度､陡度等参数[5]｡

表16个基准气候观测站

2、统计方法与资料处理

①采用数理统计的方法,对呼和浩特市各旗县两种观测资料进行对比分析,得出两种观测资料分析对比结果｡②用EXCEL软件利用雷暴日资料和闪电定位资料计算出各地区平均雷暴日数,平均雷电日数并画出相关对比图｡

3、人工观测雷暴日与系统监测雷电日特征

表2各站年均雷暴日

统计出呼和浩特市6个观测站1985年~2013年年均雷暴日天数如表2,28a中年均雷暴日最多的为武川县38d,最少的为托克托县28d｡其中清水河县1990年为呼和浩特市地区雷暴日数最多的一年为53d,2010年和林格尔县和2011年托克托县是28a来雷暴日数最少的一年均为21d｡而闪电定位系统观测2011年~2014年雷电资料显示如表3,其中4a中平均雷电日数最多为2014年和林格尔县为73d,最少的是2012年托克托县为9d｡

表3各旗县年均雷电日

画出呼和浩特地区2011年~2013年闪电定位系统监测闪电雷电日数和人工观测雷暴日数对比图和各旗县年均雷电日和雷暴日数对比图如图1､2｡闪电定位系统检测获取的雷电日数据同观测站记录的雷暴日数据差异较大,初步分析这是由于多方面因素造成的｡

图1呼和浩特市2011年~2013年雷暴日与雷电日对比；图2各旗县平均雷电日雷暴日数对比

3.1 原因分析

通过对比可以发现两种观测数据存在一定的差异性和一致性,分析其原因为｡

3.1.1 局限性｡人工观测受人体感官阈值影响,人的听力范围一般在15km~20km之间,所以在听力范围内的雷声易被人听到所记录观测,范围外的会出现漏记状况｡人工观测雷暴出现范围仅限于20km~30km,因此在市区范围出现>30km的落雷记录不到,有时会把云闪记录在内,数据有一定的不确定性｡闪电定位系统观测雷电日为其观测系统中的落雷日,不管雷声大小只要落雷就可以被仪器探测到所以雷电日数远大于雷暴日数｡

3.1.2 环境因素｡随着城市扩建与建设的推进,气象观测站位置逐渐从郊区变为现在的县区或市区,周围高楼建筑物日益增多,对气象观测环境进行了遮挡,影响人工观测｡环境中的噪音增多如汽车喇叭､光彩工程､霓虹灯等不断的影响人们的视觉和听觉｡使人的听觉视觉范围大幅度下降,雷暴日记录不正常增加或减少,而闪电定位系统观测的灵敏度远高于人的听力和视觉｡其次环境中的空气变化也会影响到人工观测,如工业污染废气排放使大气中的气溶胶大量增加以及越来越多的雾霾天气对能见度产生影响,缩短了观测员对闪电的监测范围[6]｡

3.2 两种观测方法的优缺点

3.2.1 雷暴日资料｡雷暴日资料对雷电防雷工作有重要意义,因为雷暴日积累年份较多可以进行建筑物建设前防雷设计､雷电风险评估等工作｡观测的内容涉及到观测对象发出声光的闪电,包括云内闪击､云间闪击､云地闪击｡但它的缺点在于由于上述局限性及环境因素原因使得漏侧率较大｡另外,无论当日发生多少次雷电,观测员仅记录该日为一个雷暴日,而不能反映出雷电自身的特征仅仅是单一的数目统计｡虽然观测记录每次有雷暴发生的起止时间,但时间尺度大,探测效率低｡

3.2.2 雷电日资料｡闪电定位系统观测资料更全面,对目测资料可以进行补充｡实时监控雷电发生,发展,消亡全过程｡能明确的反映出每次闪击发生的位置､时间､强度､陡度等重要参数､全面地反映雷电活动特征,探测效率高｡但闪电定位系统的子站的系统误差､几何配置､定位算法等因素均影响闪电定位系统探测效率和定位精度,而且闪电定位系统为地闪定位仪观测到的闪电为云地闪电,云间和云际闪电不在监测范围内,所以雷电日准确地说应该是地闪雷电日｡自2009年闪电定位仪开始运行后,闪电定位仪逐渐分批次引入内蒙古地区,探测距离为150km(站与站间的站距通常选为150km~180km)监测有一定的范围不是全部地区都能探测到｡使得闪电定位系统也存在一定的漏测误测现象｡开展器测时间短,应用闪电定位系统资料时还需多年的人工观测雷暴日资料进行延长｡

4、结束语

通过对呼和浩特地区2011年~2014年闪电定位系统资料及1985年~2013年6个气象观测站雷暴资资料对比研究统计分析,得到以下结论:通过对28a雷暴数据和连续4a的闪电定位数据两种资料进行数量上的对比分析,提高防雷工作中两种资料应用价值更加清晰明确了两种雷电活动观测方法的优缺点｡且通过对比发现雷暴日数据与雷电日数据存在一定的交叉点,系统监测的雷电日数比人工观测的雷暴日数年均多16d,可见没有闪电定位系统时,人工监测雷暴日数比实际雷暴天数少16d左右｡对比中也存在一定不足,今后应把人工统计雷暴日站点区域与闪电定位资料在该区域空间分布进行更详细的对比｡

参考文献：

[1]栾健,李家启,林中冠,等.基于闪电定位系统和人工观测的雷电关注度对比分析[J].西南大学学报(自然科学版),2014,36(9):164~168.

[2]马金福,冯志伟.雷击地闪密度与雷暴日数的关系分析[J].气象科学,2009,29(5):675~678.

[3]王从卯,金岩.人工观测与闪电定位探测雷暴日资料的对比分析[J].内蒙古科技与经济,2009,(8):73.

[4]冯真祯,曾金全,张烨方,等.福建省地闪时空分布特征分析[J].自然灾害学报,2013,22(4):231~221.

[5]刘晓东,冯旭宇,朱华尧,等.闪电定位资料在内蒙古雷灾调查与鉴定中的应用[J].安徽农业科学,2013,41(17):617~619.

张岚晶.呼和浩特地区闪电定位监测数据与雷暴日观测数据对比分析[J].内蒙古科技与经济,2019(10):53-54.