为满足电子信息时代各类电气设备对雷电预报的特殊需求,相关领域的科学研究人员相继采用各类先进电子器材对雷暴的发生发展进行直接或者间接的观测,并根据此类观测数据以及不同地区的地形地貌特征、气候状况等相关参数完成闪电预警。从而在雷暴发生期间采取各种手段对雷电灾害进行各类防护,避免过大损失。
自从美国科学家富兰克林完成了著名的风筝实验之后,很长一段时间以来,不论国内还是国外,雷暴研究人员一直在利用大气电场仪、闪电定位仪,再配合卫星、雷达等探空观测数据资料进行雷暴发生时大气电场特征以及预警模型建立的深入研究。其中,闪电定位仪和大气电场仪的观测数据最具代表性与准确性,这两组数据可以更加系统全面地反应雷电发生前、发生时、发生后的大气电场特征,更加便于雷电预警工作的展开。
1、 资料说明
本文所用的闪电定位资料来源于宁波市气象局的闪电定位系统。宁波市位于中国东部沿海,东经120°55'到122°16',北纬28°51'到30°33'之间,宁波陆地面积为9816平方公里,海域面积9758平方公里,总面积19574平方公里。市区海拔为4～5.8米,郊区海拔为3.6～4米。宁波地处亚热带季风气候区,气候温和湿润。由于倚山靠海,气候多样性较为明显,灾害性天气相对频繁。多年平均气温16.4 ℃,7月最热,气温为28.0 ℃,l月最冷,气温为4.7 ℃。主要雨季为3至月的春雨和梅雨,8至9月的台风雨和秋雨。正因为宁波地区上述地形地貌特征以及湿润的气候,充沛的年降水量,使得当地雷电活动比较频繁,再加上宁波地区区域经济的不断发展,大量电子电气设备的安装,防雷工作刻不容缓。本文选取宁波地区2013年的闪电定位仪资料进行分析,统计得出宁波地区闪电发生的时间分布特征。
2、 闪电总体特征分析
由图1可以分析得出:宁波地区闪电主要发生在午后时段,下午2点至6点该地区闪电最为高发,占全年闪电总频次的65.09%。午后太阳高度角增大,辐射强度增加,宁波地区的海岛地形造成了显著的海陆温度差异,局地对流作用因此加强,垂直运动旺盛,海气作用强烈,积雨云成熟,所以午后的闪电频次达到一天中的峰值。
由图2可以分析得出:雷电流波形陡度是指地闪发生时,雷电流波形单位时间内上升的数值,表示雷电流增长的速度,与雷击时产生的过电压相关,波形陡度可以分为正闪波形陡度和负闪波形陡度。
正闪波形陡度变化相对负闪更为复杂,13点以前,负闪平均陡度绝对值基本强于正闪平均陡度绝对值,说明单位时间内负闪的变化相对正闪更强烈,即在下午一点前负闪的影响更加强烈。正闪波形陡度出现两个超强峰值,分别发生于16时和22时,说明在这两个时次所发生的正闪可以产生最强的过电压。负闪波形陡度也存在一个强峰值,即凌晨2点,其余时刻负闪波形陡度变化都相对平缓,没有产生瞬间极强过电压,故其破坏性相对正闪更弱。
3、 结论
(1)宁波地区2013年共发生闪电51850次,其中正闪2897次,负闪48953次,最大正闪出现在8月30日(183.5 kA);最大负闪出现在7月29日(280.2 kA)。可以发现负闪频数明显高于正闪频数,负闪频数占全年闪电总频数的94.4%,这就关系到云的构造,我们熟悉的积雨云一般都是云层上部为正电荷,下部为负电荷,所以负电荷放电造成负闪更为频繁。
(2)宁波市正闪波形陡度变化相对负闪波形陡度更为复杂,由统计结果可以看出宁波地区下午一点前负闪的影响更加强烈,而在下午一点以后,负闪的平均陡度明显低于正闪平均陡度,此时正闪影响更强烈。
(3)宁波地区闪电主要发生在午后时段,下午2点至6点该地区闪电最为高发,占全年闪电总频次的65.09%。这一切归因于午后太阳高度角增大,辐射强度增加,宁波地区的海岛地形造成了显著的海陆温度差异,局地对流作用因此加强,垂直运动旺盛,海气作用强烈,积雨云成熟,所以午后的闪电频次达到一天中的峰值。
(4)宁波地区闪电主要集中在短时间高强度类型,持续时间基本小于90分钟,由计算数据表明闪电持续时间在90分钟以下的占总闪电频次的67.91%,达到了一半以上的高概率,所以可以据此推断宁波地区闪电整体具有时长短,频率高的特点。在极端情况下,闪电持续时间最高可达到五个小时,通过对对应天气资料的查询,可发现这种状况往往配合有大型强对流天气过程,比如特大降水,台风,龙卷等。
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