玉溪市某工业园区雷暴日特征统计分析及雷电预警预报研究

钱靖1杨波2  冯汝坤3 王玉尤婷4 丁建锋3 刘春华3 雷猛3 金韵漪 5 

（ 云南省玉溪市新平彝族傣族自治县气象局  653400 云南省玉溪市气象局  653100  红塔烟草（集团）有限责任公司  653100  云南省气候中心 650034

5 云南省昆明市西山区计量院  650228 ）

摘要：雷电作为自然界中最为常见的十大自然灾害之一。尤其是近些年来，随着全球变暖，气候异常变化，雷电灾害更是频发，轻则影响到民众的日常生产生活，重则造成生命财产的重大损失。为尽可能减少雷电造成的影响及损失，掌握其分布特征及演变规律，研究预警预报方法非常重要。基于此，本文以玉溪市某工业园区为例，首先采用数理统计法分析了该园区雷暴日分布特征，其次分析闪电密度分布特征，后探讨了玉溪市雷电预警预报方法，结果表明：2006-2021年玉溪市某工业园区一共出现雷暴日328d，年平均出现雷暴日20.5d，年雷暴日数呈一定的上升趋势，其上升速率为8.971d/10a；夏季雷暴日数最多，而冬季雷暴日数最少，其峰值出现在8月，而11月、12月与2月雷暴日数最少。随着年份的递增，玉溪市某工业园区各季节雷暴日数均呈不同程度的增加趋势，以夏季最为明显，秋季次之，而冬季变化趋势最为平缓；玉溪市某工业园区西南方向雷暴日数最多，东北方向雷暴日数次之。结合闪电定位系统、天气雷达等现代监测设备，提出科学、有效的雷电预警预报方法，以期能够最大程度减少雷电造成的灾害给人民生命财产和社会经济造成的损失，为保障民众生命财产安全等提供一定的借鉴与参考。

关键词：雷电；雷暴日；特征；预警预报；玉溪市工业园区

引言

雷电是自然界中一种复杂的大气物理现象，是带电荷的云层内部、云层与大地、云层与云层及云层与云际空间之间产生的一种远距离的瞬间放电现象，表现出高频电压、大电流、强电磁辐射、瞬时性、突发性与破坏性强等特点。近年来，随着全球变暖及社会经济与科学技术的飞速发展，雷电发生频率显著升高，由此造成的影响与破坏也日趋严重。据统计，全球每秒将会发生800次雷电过程，每年由雷击造成的人员伤亡数量多于1万人，由此造成的通信中断、电力线路故障、火灾、爆炸等安全事故不计其数。玉溪市位于云南中部，境内山地、峡谷、盆地、高原等交错分布，并整体呈现出西北高东南低的起伏变化。复杂的地理环境导致该地区雷电现象频发。由雷电造成的电子、电气系统设备故障、通信线路故障、输变电线路故障、建筑物受损、人员伤亡等事故频发，严重威胁当地民众的生命财产安全。因此，如何最大限度地减少雷电灾害造成的影响及损失已经成为当地政府部门普遍关注的热点问题。本文重点针对玉溪市某工业园区雷电特征进行统计分析，并给出几点有效的雷电监测预警方法，对于掌握雷电灾害的分布规律，做好其预警预报工作，进而最大限度减少雷电造成的影响及损失等具有重要的现实意义。

1资料与方法

本文所使用的雷电资料来源于玉溪市气象局2006-2021年的雷电监测资料，着重采用数理统计法探讨了该地区某工业园区雷电分布特征。

2雷暴日特征统计分析

2.1时间分布特征

2.1.1年分布特征

图1 2006-2021年玉溪市某工业园区年雷暴日数统计

    据统计，2006-2021年玉溪市某工业园区一共出现雷暴日328d，年平均出现雷暴日20.5d。结合上图1可见，近16年来，玉溪市某工业园区年雷暴日数呈一定的上升趋势，其上升速率为8.971d/10a。年雷暴日数的峰值出现在2021年，共计31d，而谷值为8d，出现在2007年。

2.1.2季节与月分布特征

表1玉溪市某工业园区2006-2021年各季节与月份雷暴日数统计

月份	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	1	2
月雷暴日数（d）	13	23	24	51	64	88	45	10	2	2	4	2
季节	春			夏			秋			冬
季节雷暴日数（d）	60			203			57			8
气候倾向率（d/10a）	1.706			4.044			2.221			1.0

观察上表1能够得出，自3月份之后雷暴日数呈明显的增加趋势，直到8月雷暴日数达到峰值，自该月之后月雷暴日数又有所下降，而11月、12月与2月雷暴日数最少，仅出现2d。对各季节雷暴日数及其变化速率进行统计与计算，得出春季与夏季雷暴日数较多，累积占到总日数的80.18%，其中夏季雷暴日数占据61.89%。而冬季雷暴日数最少，仅占据2.44%。对各季节雷暴日数的变化速率进行对比可见，随着年份的递增，玉溪市某工业园区各季节雷暴日数均呈不同程度的增加趋势，以夏季最为明显，秋季次之，而冬季变化趋势最为平缓。

2.2空间分布特征

对玉溪市某工业园区各方位雷暴日数进行统计，得出下表2。

表2 2006-2021年玉溪市某工业园区各方位雷暴日数统计

方位	东北	东南	西南	西北
雷暴日数统计	69	71	100	88

由上表2可见，玉溪市某工业园区西南方向雷暴日数最多，达到100d，占到30.49%；东南方向次之，一共出现71d，占到21.65%；相对比而言，东北方向雷暴日数最少，达到69d，占据21.04%。

3雷电预警预报方法

3.1确定适宜的雷暴报警阈值

    选择适宜的雷电预警阈值对于提高雷电预警的分辨能力至关重要。通常情况下，大气电场仪对近距离雷暴过顶现象发生时的电场变化较为敏感，因此往往以雷暴发生对地面电场曲线的变化为依据来监测与预警局地雷暴。一旦出现雷雨云或其开始靠近时，电场的强度往往会发生明显改变，此时静电场的电场强度也会显著增加。当电场强度在2kv/m以上时，雷雨云逐渐形成或靠近。以上数值会因为现场环境的不同而存在着一定的差异。在实际的雷电预警工作当中，最初大气电场仪设置的三级报警阈值分别为4kv/m、7kv/m与10kv/m，导致部分观测到雷暴之后大约20min才出现报警，报警信息明显较为滞后。结合玉溪市所处的地理位置，重新设定了3个可以调节等级的报警阈值，分别为2kv/m、5kv/m与8kv/m。其中2kv/m属于第一级阈值，一旦大气电场强度的绝对值位于这一级阈值以上，则表明本地或现场几公里之外正在形成雷雨天气现象；5kv/m属于第二级阈值，一旦大气电场强度的绝对值位于这一级阈值以上，则表明雷雨云正在逐步接近现场，此时极易遭受雷击，多使用这一阈值判断是否存在雷雨云；8kv/m属于第三级阈值，一旦大气电场强度的绝对值位于这一级阈值以上，则表明大量电荷集聚于此，这时已经相当危险，且雷闪条件已经具备。另外，各地区阈值预警存在着显著差异，必须通过长时间的观测记录才能获取与各观测地相适宜的雷暴报警阈值。

3.2大气电场强度变化率和雷暴预警之间的关系

大气电场发生明显变化时并不一定会引发雷暴天气现象。例如2020年一次虽然大气电场仪监测到了明显的电场变化，然而并未出现雷暴天气现象，如下图2所示。

图2 玉溪市未发展为雷暴过程的地面电场仪记录

结合上图2可见，大气电场曲线变化并不剧烈，而且与雷暴发生时显著变化的电场曲线存在着明显差异，由此可见设定雷暴阈值仅仅为一个参考，在对大气电场预警值进行设定时，还应当引入地面电场强度变化率这一概念，用于对电场仪测量值的跳变进行检测。当电场仪测量值出现跳变时，则意味着即将出现一次闪电的放电现象，计算其变化率能够据此鉴别出有实际危险的雷暴，以防止出现空报现象。

解除电场仪报警最好采用电场值低于预警值后的延时方式，一旦电场仪由于电场值跳变或超出预警值往往会发生报警，而且报警往往会持续一定时间，大都在3min左右。若在报警持续时间段内再次出现预警条件，则应当重新对其进行计时。若在设定持续时间之内依然未再次出现预警条件，则应当解除报警。

3.3大气电场仪和雷电定位、天气雷达系统相结合的预警方法

闪电定位系统主要通过测量闪电电磁脉冲特征，明晰闪电的空间位置，当雷雨云当中的电荷集聚在一定程度之后，才能够借助闪电定位系统对其进行监测，然而无法探测到出现闪电之前云中电荷的演变状况。大气电场仪属于无定向的探测设备，仅仅能够据此指示其有效范围内的大气电场变化以及是否出现闪电天气现象，并无法准确指明出现闪电的位置及其演变趋势。将闪电定位仪与大气电场仪相结合构建综合监测网，可以直观监测雷电活动状况。借助闪电定位网可以准确判定地闪落雷电，并与雷电云图相结合，同时以雷暴运动方向及其速度大小等为依据，以判断可能出现闪电的位置，以准确定位雷电现象。

就雷电报警等级预报而言，应当选取大气电场仪为中心，并选择4个不同的半径画圆，半径依次为5km、10km、15km与20km，一般情况下落雷位置与电场仪之间的距离越近，则闪电报警的等级就越高。另外，基于电场预警，还可以采用人工判断的方式判断电场是否出现明显的抖动变化，并与场所、地形等多种因素相结合，准确预报下一时间段雷电可能出现的位置及其强度。

4结语

本文通过分析玉溪市某工业园区雷暴日特征及雷电预警预报方法，得出以下几点结论：

（1）2006-2021年玉溪市某工业园区一共出现雷暴日328d，年平均出现雷暴日20.5d，年雷暴日数呈一定的上升趋势，其上升速率为8.971d/10a；

（2）夏季雷暴日数最多，而冬季雷暴日数最少，其峰值出现在8月，而11月、12月与2月雷暴日数最少。随着年份的递增，玉溪市某工业园区各季节雷暴日数均呈不同程度的增加趋势，以夏季最为明显，秋季次之，而冬季变化趋势最为平缓。

    （3）玉溪市某工业园区西南方向雷暴日数最多，东北方向雷暴日数最少。

（4）当大气电场强度超出报警阈值时，应当与电场变最初是否出现快变抖动相结合进行判断，以尽可能减少误报。另外，地面大气电场强度与时间变化率之间的关系密切，因此，在雷电预警过程中应当将电场变化率因子应用到预警模式当中；

    （5）大气电场仪针对局地雷暴引起的电场变化极为敏感，仅使用大气电场仪探测资料对雷电天气现象进行预警预报，极易出现虚警。因此，应当将闪电定位系统、地面电场仪监测网等相结合，并综合应用天气雷达、气象卫星等先进设备进行监测，并参考闪电出现位置及其与电场仪之间的距离，以准确判断雷暴发生位置及其发展演变趋势，最终实现准确预警预报雷暴天气现象。

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作者简介：钱靖（1991.4）男，汉，云南省玉溪市人，本科学历，助理工程师，从事气象服务与应用气象工作