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1、7 1 6 第十四届全国云降水物理和人工影响天气科学会议( 上册) 中国3 8 。N 南域闪电频数和闪电气候特点。 张鸿发 ( 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所，兰州7 3 0 0 0 0 ) l 引言 闪电即雷电，是世界上最常见的快速天气现象。雷响雨落是普遍存在的事实 1 3 ，地球上每时刻 约有2 0 0 0 个雷暴云存在，所以世界上随时都有闪电产生。O r v i l l e l 9 7 9 年论证了用雷暴闪电率估算 全球闪电率，每秒达1 0 0 次闪击左右 4 7 。闪电与地球物理( 大气电场，地磁电路) 有密切关系，在太 阳和天气之间形成耦合机制n 8 9 。闪电是产生大气气体中N
2、 O 。并参与大气化学过程( 化学成分组 成，臭氧) 1 , 3 , 1 0 1 2 ，是人类赖以生存环境和生物生长所必须的。近些年来，科学家发现闪电频数与全 球气温变化和水汽分布有关 1 0 1 2 ，闪电的频数反映了不同地区天气和气候的变化，是人类可利用的 资源。随着卫星等探测手段的发展，闪电信息与全球的气候、天气灾害、生态环境、地理地质、地磁、天 电、人类活动和社会发展及国防的研究受到重视。 国外对闪电研究主要在2 0 世纪7 0 年代卫星的发展，卫星观测提供了没有地理偏差和大多地面 观测所不能开展的全球闪电研究，卫星最大优势可以有效感应高频率和高强度光脉冲，这些感应器的 视角感应函数使
3、用权重函数，在地球表面可得到有效可视面积 1 3 15 | 。V o r p a n l 9 7 0 年和S p a r r o w l 9 7 1 年用太阳定轨卫星上的光学感应器观测绘出了3 5 。N 到3 5 。S 闪电分布 1 引。O r v i l l e l 9 7 9 年 从D M S P 卫星的云图中估算全球傍晚和午夜的闪电，证明全球总闪电数中海洋雷暴贡献小 4 。近些 年来，对全球闪电频率和闪电气候进行多次观测研究和实验计划，主要结果 4 7 1 6 22 | ： 全球每年有闪电总数中北半球占全球闪电总数的5 4 。不同区域海陆之比1 ：5 1 0 ，白天海陆 闪电比达到1 ：
4、8 2 0 ，晚间在1 ：4 8 。全球闪电频率平均约1 0 0 次s ，下午平均1 2 3 次s ，晚上平 均9 6 次s 。北半球1 4 2 次s ，南半球9 6 次s 。夏季北半球1 1 0 次s ，南半球7 9 次s ，夏季北南闪电 比率达到1 4 。夏季白天闪电峰值在北半球1 0 2 0 。N 之间，而南半球在o 1 0 。S 区。全球陆地闪电 密度约为8 3 次k m 2 y r ，海洋区闪电密度约3 4 次k m 2 y r 。 全球闪电活动主要在陆地并相对集中，晚上较分散，闪电活动很少在高压区。北半球闪电活动主 要与极地锋辐合有关，南半球闪电偏少主要与缺少陆地气团有关。最多雷暴
5、日数是在0 1 0 。N 周 围，而最高闪电密度发生在1 1 0 。N 。全球闪电活动主要集中陆地的傍晚，而早晨的活动多是分散 的。闪电活动从北半球传送到南半球区主要在8 1 2 月，8 月活动集中在北半球，9 月活动中心在赤 道附近，到1 1 月完全移到南半球。 海洋、陆地和沿海区闪电频数比较，白天陆地是海洋的8 8 倍，晚上是1 7 倍，沿海占总闪电数的 2 8 ，海洋区闪电占1 0 。全球平均海洋区占总闪电的2 7 ，陆地区占到7 3 。并发现晚间全球闪 电中有3 7 是从海洋或沿海雷暴向陆地发展，白天只有1 5 。 2 闪电资料来源 本文用T R M M 计划载有闪电成像感应器( L
6、I S ) 的低轨道气象卫星，探测赤道两侧3 8 。S 3 8 。N 各经纬度格点年月日不同时分秒的云闪和地闪的总闪电数、闪电放电的辐射强度、闪电的持续时 间资料。T R M M 气象卫星的运行轨道方式和L I S 原理及其参量已有多篇文献详细介绍 1 3 1 引。我 们选用了卫星探测到1 8 3 8 。N 和7 4 1 2 4 。E 之间中国区域，从1 9 9 8 年1 月1 日0 0 时到2 0 0 3 年 * 本工作得到中国科学院知识创新工程重大项目( K Z C X I - S W - 0 4 ) 资助。 S 7 一黑碳、消雨、消雾、气溶胶、闪电、综述 7 1 7 1 2 月3 1 日
7、2 4 时L I S 闪电资料，将中国边界区内每个经纬度网格中，不同年、月、日、时、分、秒发生 的闪电次数资料进行处理和统计计算，给出中国陆地和近沿海区域发生闪电频数的年度、季节、日 时和随经纬度的变化，闪电分布和闪电气候的特点，文中统计计算值均为相对值，仅提供参考。 3中国区域闪电频数和分布 图1 给出6 年中国区域各年日均闪电数和昼夜闪电数的年纪变化曲线。表明各年内发生总闪电 次数有较大不同，年均日约5 4 6 0 0 次闪电。1 9 9 9 - - 2 0 0 1 年为发生闪电低谷年，日闪电次数4 5 0 0 0 次 左右，2 0 0 2 - - 2 0 0 3 年有较大增加，日达到6
8、5 0 0 0 次以上。各年白天闪电数和夜间闪电数不同。白天 发生的闪电次数都高子夜间，尤其是年度总闪电次数偏低的年份，白天与夜间发生的闪电数差别大， 而1 9 9 8 年、2 0 0 1 年和2 0 0 3 年的昼夜出现的闪电次数差别小，似乎与我国在这三年的夏季发生洪涝 灾害相对应，而2 0 0 2 年和2 0 0 3 年总闪电次数明显上升，与这2 年我国夏季连续出现高温，且高温持 续时间长有关。6 年年均白天闪电数达到2 9 7 3 8 次，占年均日闪电数的5 4 4 7 ，夜间达到2 4 8 5 8 次， 占年均总闪电数的4 5 5 3 ，昼夜比为1 ：2 0 。 萎 垂 1 嘲1 嘲硼
9、删2 0 吃劫啦 年“a ) 图1 各年日均闪电数的年纪变化和白天( 0 8 2 0 时) 和夜间( 2 0 0 8 时) 闪电数 ( 图中虚直线为线性拟合平均值线) 3 1 中国闪电日频数时空分布特征 图2 ( a ) 给出6 年日平均闪电次数的年变化曲线说明，中国区域日均闪电的年变化有双峰值特 点，第一峰值发生在4 月中旬到5 月中旬，闪电峰值较集中，第二峰值发生在6 月底到8 月，闪电峰值 较分散，有多个峰值区，主峰值在7 月中旬到8 月中旬，主峰值量达到第一峰值的2 倍。9 月到1 0 月 发生闪电偏少，1 1 月到次年2 月中旬闪电很少，特别在1 1 月到1 2 月闪电极少。从年度各
10、日出现闪 电数的变化看，说明中国发生闪电从2 月下旬起，逐日增多，直到7 月中旬到8 月中旬达到最高值，8 月下旬很快下降。闪电主要在春夏季，高峰在仲夏。 图2 ( b ) 是6 年日平均不同时段发生闪电次数的日变化曲线和日各时段出现闪电的比例( ) 。 说明中国闪电的日变化以单峰值为主，峰值幅度较宽，日各小时段内都有可能出现闪电，平均每年每 小时达到2 2 7 5 次左右。日闪电从中午1 2 时起闪电次数快速增加，直到傍晚1 8 时达到最高值，占到 日出现闪电总数的9 1 ，随后起伏下降，到晚上2 0 2 2 时又出现高值时段，每小时达到日出现闪电 总数的7 以上，之后较快下降，后半夜有多个
11、小峰值，到上午9 1 1 时达到日变化的最低谷，这3 小 时仅占到日出现闪电总数的3 以下，闪电峰值是低谷的1 0 1 2 倍。达到日变化平均值以上的闪电 出现在每日的1 5 时到次日凌晨2 时，占日出现闪电总数的6 3 ，达到日平均值1 5 倍以上的出现在 1 6 2 2 时，占日出现闪电总数的5 1 2 ，而平均值2 倍的出现在1 8 - - - 2 0 时之间，说明中国区域闪电 高发时间主要在下午到晚间，峰值在傍晚。 7 1 8 第十四届全国云降水物理和人工影响天气科学会议( 上册) ( a )( b ) 图2 年平均日出现闪电次数的年度变化( a ) 、日发生闪电频数变化曲线及其相对比
12、率( ) 的方框图( b ) 从中国区域发生闪电随纬度的变化表明，每纬度年均出现闪电2 6 0 0 次，在纬度2 1 2 4 。N 为较高 发区，2 5 2 7 。N 之间为低发区，2 8 3 6 。N 为高发区。结合图1 中国区域经纬度网格说明，2 1 2 4 。N 纬度之间有闪电较高发区，主要位于我国南部的近沿海陆地区，2 5 2 7 。N 之间为次沿海陆地区，而闪 电高发区在中东部的2 8 3 6 。N 为内陆区。图4 ( b ) 是中国区域发生闪电随经度的变化，表明中国区 域发生闪电随经度的变化以单峰值为主，每经度年均出现闪电1 0 9 2 次，闪电峰值主要在中国东南部 1 0 5 1
13、 2 0 。E 之间，1 0 0 。E 以西为低发区。从经度与纬度年均发生闪电频数说明，中国区域年均发生闪 电数值随纬度的变化要比随经度的变化大得多，纬度变化是经度的2 5 倍，这些特点说明沿海的陆区 出现闪电频数比海区高，东部比西部高。 3 2 中国闪电季节变化和日变化特征 图3 ( a ) 给出中国陆地区域6 年各月发生闪电平均值和各月占年度总闪电的比例，说明中国闪电 月平均变化明显是单峰值，主峰值在7 8 月。闪电主要发生在4 9 月的6 个月份，占年总闪电的 9 2 。闪电从4 月有快速增加，6 7 月增加快，7 8 月达到最高，占年总闪电的4 3 4 ，其中夏季 6 8 月占到6 0
14、 以上，8 月以后有显著减少，而1 1 1 2 月发生闪电很少，2 个月仅占年总闪电的 0 4 以下。 图3 ( b ) 给出不同季节的发生闪电的日时段的变化，可看到，中国区域发生闪电活动高峰主要在 夏季，从1 4 - - 2 4 时平均每小时闪电数达到1 0 0 0 次，凌晨的3 4 时还会出现闪电数达到1 0 0 0 次。闪 电频数达到2 0 0 0 次的时段在1 5 - - 2 3 时，达到3 0 0 0 次的在1 7 1 9 时。春季每小时达到1 0 0 0 次的时 段在1 8 2 3 时，而午夜1 时和凌晨4 时有2 个相对较高闪电高发时段。秋季闪电高发时段主要在1 6 2 2 时，
15、冬季在1 4 1 6 时。从4 个季节发生闪电峰值的日变化时间表明，中国闪电主要出现在夏季 的午后到傍晚，不同季节出现闪电高峰的时段不同。 图4 ( a ) 给出的年均4 个季节发生平均闪电随纬度的变化。表明冬季只有很少闪电出现在中国 3 0 。N 度以南地区，每年1 0 0 次。N 左右，3 0 。N 以北的内陆地区基本没有闪电。秋季闪电发生区域很 宽，从2 0 3 6 。N 度，但闪电频数偏低，年均在3 0 0 次。N 左右。春季发生闪电为双峰值，达到1 0 0 0 次 的在2 0 2 3 。N 和2 8 3 0 。N ，主要在沿海区，特别在2 8 。N 度附近有超过2 0 0 0 次。N
16、 的高峰值。夏季 是主要发生闪电季节，与年发生闪电峰值随纬度变化一致，在2 8 3 6 。N 度之间，年均达到2 5 0 0 次 。N ，特别在3 2 。N 度附近达到3 0 0 0 次。N 以上。图6 ( b ) 中4 个季节发生平均闪电随经度的变化说 明，不同季节出现闪电峰值基本上都发生在1 0 0 。以东，除了夏季在7 6 9 9 。E 度的高原地区出现较高 闪电峰值，其他季节均发生很少，这说明高原夏季是多闪电季节区。从4 个不同季节的发生闪电次数 的量值变化看，夏季是春季的2 倍，春季是秋季的3 倍，秋季是冬季的4 倍。 圭、赫繇锄密 移 珊瑚哪啪渤跏珊栅姗瑚跚撕御伽 8I饕蔷襄皿 S 7 一黑碳、消雨、消雾、气溶胶、闪电、综述 7 1 9 ( a )C o ) 图36 年月平均出现闪
