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闪电是发展强烈的对流云产生的放电现象,具有大电流、高电压、强电磁辐射等特征。经常会给交通部门造成巨大经济损失和人员伤亡,是公路、铁路、航空等交通运输中重要的气象灾害之一(崔逊等,2016)。因高速公路沿线布设有大量的供电、通讯、照明等设备,建有收费站、加油站、服务区等设施,野外空旷暴露度高,极易遭受雷击损害。特别是闪电产生的感应电流极易损毁高速公路沿线上的弱电系统。据统计,因雷电造成的高速公路故障和事件至少占高速公路沿线弱电系统故障和事件总数的40%以上。
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目前,闪电探测方法主要有4种:地基观测、星载卫星、多普勒天气雷达和空中电场监测,且以地基观测更能准确地对探测覆盖范围内发生的闪电进行定位和计数。朱飙等(2008)利用闪电观测资料和探空资料,建立了雷电概率指数。成勤等(2011)利用闪电资料分析我国中部5省闪电时空分布特征,发现闪电密度高发中心随太阳直射点南北移动。同时发现30.5°N以北地区,正、负闪电强度随纬度增加而增大,以南地区正闪强度随纬度增加而减小,负闪强度变化不明显。王义耕等(2010)利用TRMM卫星探测的闪电资料,分析出西南地区闪电活动高发月份、高发时次以及闪电密度等的时空分布特征。金敏等(2012)、李京校等(2013)、张立煜等(2010)和王学良等(2010)分别利用全国、北京及周边地区、山东地区和湖北地区的闪电定位资料,分析了地闪的时空分布特征和闪电强度分布区间。冯民学等(2009)、王锡中等(2010)、郦嘉诚等(2012)分别对江苏省和南京、苏州、徐州、南通、连云港5个代表性地区的地闪资料进行分析研究,得出江苏省雷暴日分布规律具有南部比北部多,西部比东部多的特点。Richard and Alan(1997)和Richard and Gary(2001)利用美国国家雷电监测网(National Lightning De-有关闪电方面的研究仅有两例
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近年来,国内外学者对闪电时空分布特征进行了诸多探索性研究,并取得了一些进展。随着闪电探测技术的发展和闪电观测资料的积累,该方向的研究正在不断深入。江苏苏南地区经济发达,且高速公路路网密度居全国第一,公路沿线上密布的各种设施装备的雷电灾害防御是交通部门防灾减灾工作的重点内容之一。鉴于目前国内外鲜有针对高速公路沿线闪电时空分布特征研究的现状,本文选择闪电活动频繁的江苏苏南地区的高速公路网为研究对象,分别开展了该地区高速公路沿线的地闪和云闪时空分布特征及成因分析研究,拟为开展高速公路雷电监测和预警预报服务提供科学依据。
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1 资料与方法
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1.1 资料
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地闪观测资料时段为2007年1月1日至2013年12月31日,每条闪电记录包括13个数据项(观测时间、经度、纬度、强度、陡度、定位方式等)。资料取自江苏省防雷中心ADTD(Active Divectory Topology Diagrammer)闪电监测系统,该系统共设有9个监测站,单站探测半径为150 km,其中盱眙、扬州、南通、南京、宜兴5个监测站点探测范围可以完全覆盖江苏苏南地区(图1)。探测定位算法有4种,分别是1站振幅、2站混合、3站混合、4站混合算法。.
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图1 江苏省闪电监测定位系统分布(△:ADTD监测站;●:VLF/LF监测站)
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Fig.1 Lightning detection and location system stations(△:ADTD stations;●:VLF/LF stations) in Jiangsu Province
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云闪资料时段为2013年1月1日至2013年12月31日,每条闪电记录包括13个数据项(同上)。资料取自江苏省防雷中心VLF/LF闪电监测定位系统,该系统由16个站点组成,其中盱眙、扬州、南京、江阴、启东、高淳、东山7个监测站点探测范围可以完全覆盖江苏苏南地区(图1)。
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GIS(Geographic Information System)空间分析资料由国家基础地理信息中心提供的1 km×1 km分辨率的DEM(Digital Elevation Model)数据;江苏省电子地图来源于江苏省基础地理信息中心,其中江苏苏南地区的平原、山地、水域面积的占比分别为50.45%、28.40%、21.15%,该地区低山、丘陵、平原、江河、湖泊纵横交错,总体呈现西部多丘陵起伏、东部地势低平的地形地貌特征(图2)。
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图2 苏南地区地形地貌及高程分布
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Fig.2 Distribution of terrain and DEM in the southern part of Jiangsu Province
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1.2 方法
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1.2.1 闪电资料的筛选
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由于数据来源于全省闪电定位实测资料,为了便于统计和精确地反映高速公路沿线的闪电分布规律,本文将以高速公路沿线为中心线向两侧各延伸3 km代表雷电影响该公路的宽度范围,再从闪电资料中筛选出落入该区段的闪电数据作为统计样本集。
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1.2.2 代表路段的选择和地区划分
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江苏苏南地区高速公路路网密度大(图1),主要高速公路有:沪宁高速(G42,马群—花桥)、宁常高速(S38,溧水—常州南)、沿江高速(S38,常州南—太仓)、宁杭高速(G25,江宁东山—太湖)、扬溧高速(G40,扬州—溧阳)、常台高速(G15w,常熟—吴江)和南京绕城公路等。
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通过初步分析,江苏苏南地区的东部与西部之间的闪电时空分布特征存在较为明显的差异,故以120.087°E为界(沪宁高速公路横山站),将沪宁高速公路分为东、西两段,同时也将江苏苏南地区的高速公路划分为东、西两个区域,本文中涉及8个公路段,即西部地区包括沪宁高速西段、扬溧高速、宁常高速、宁杭高速、南京绕城公路,东部地区包括沿江高速、沪宁高速东段、常台高速公路。
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1.2.3 公路沿线代表范围的确定
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本文利用ArcGIS软件的IDW(Inverse Distance Weighted)空间插值方法绘制闪电的频次分布。由于高速公路网的宽度相对于区域来说比较狭窄,为了能清晰地显示出各条高速公路不同路段的差别,采用ArcGIS软件ArcToolbox工具箱中领域分析里的多环缓冲区功能对各条高速公路进行了双侧各3 km宽的缓冲处理。
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1.2.4 闪电统计的归一化处理
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由于闪电分布的随机性和各条高速公路的长度不同,导致对比分析的基数不统一,研究结果将失去意义。故经归一化处理后,按每百公里的公路沿线发生闪电次数来计数,单位为“次·(10-2 km-1)”。
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1.2.5 探测效率及资料质量分析
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本文资料来源于江苏省气象局组建的“ADTD闪电定位系统”和“VLF/LF闪电监测定位系统”。其中ADTD闪电定位系统主要采用TOA(Time of Arrival)时差法和磁定向法结合算法定位闪电,而VLF/LF闪电监测定位系统主要采用空间TOA定位算法。在先期对系统探测资料的质量分析研究中,冯民学等(2008)通过与江苏省电力部门闪电定位资料的对比研究,发现ADTD闪电定位系统的探测效率为91%,已证明其有效。VLF/LF系统是对ADTD系统的一次重要升级,解决了ADTD系统只能探测地闪、不能探测云闪的缺陷,其探测资料的数据量是ADTD系统探测数据量的3倍多(孙明等,2014),其主要原因是使云闪探测资料以及探测效率进一步增强。冯民学等(2015)还利用江苏省人工观测雷暴日资料对VLF/LF系统的探测效率进行评估,测得VLF/LF系统探测地闪的效率保持在90%左右,但由于受对流云团高度、下垫面、地理气候以及探测仪器自身的影响,云闪的探测效率较低,所以得出VLF/LF系统闪电探测效率为61.4%,在合理范围之内。田彩霞等(2014)对江苏VLF/LF闪电定位网的3D-TOA算法模型进行了分析,并利用实测资料校验得出闪电定位系统水平误差小于300 m、高度定位误差小于500 m等结论,其误差均在合理范围内。综上,本文所选用的江苏省闪电探测资料的数据质量是可靠的。
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2 结果与分析
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2.1 江苏苏南地区高速公路地闪时空分布特征
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2.1.1 地闪年际变化特征
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2007—2013年期间,发生在苏南地区的8条高速公路段沿线上的地闪总次数为135598次,年平均为19371次,其年际变化总体呈下降趋势。其中地闪次数最多的是2007年(26966次),2012年最少(8827次)。由2007—2013年苏南地区各条高速公路的地闪年变化(图3)可见,西部地区高速公路闪电次数明显多于东部地区。年平均闪电次数以扬溧高速最多(3559次·(10-2 km-1·a-1)),沪宁高速公路西段次之(2413次·(10-2 km-1·a-1)),常台高速最少(1847次·(10-2 km-1·a-1))。各条高速公路的逐年闪电次数也大多具有西部多于东部的特征,以2007、2009、2012、2103年最为显著,2007年扬溧高速最多(5989次·(10-2 km-1·a-1)),常台高速最少(1713次·(10-2 km-1·a-1));2009年也是扬溧高速最多(4404次·(10-2 km-1·a-1)),常台高速最少(2134次·(10-2 km-1·a-1));2012年沪宁高速西段最多(1786次·(10-2 km-1·a-1)),常台高速最少(697次·(10-2 km-1·a-1));2013年南京绕城高速最多(1888次·(10-2 km-1·a-1)),沿江高速最少(370次·(10-2 km-1·a-1))。2008、2011年虽也呈西多东少分布,但差异没有上述4 a显著,均是扬溧高速最多、宁杭高速最少。2008年扬溧高速为3409次·(10-2 km-1·a-1)、宁杭高速为1421次·(10-2 km-1·a-1);2011年两者分别为4710次·(10-2 km-1·a-1)、1416次·(10-2 km-1·a-1)。同时,这2 a东部各条公路段上闪电次数仍维持较低值。2007—2013年这7 a中仅2010年闪电次数表现为西部少于东部的分布特征,即常台高速最多(3619次·(10-2 km-1·a-1)),宁常高速最少(1714次·(10-2 km-1·a-1))。
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图32007—2013年苏南地区高速公路地闪频次(单位:次·(10-2 km-1))年际变化:(a)苏南西部地区高速公路段;(b)苏南东部地区高速公路段
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Fig.3 Interannual change of ground lightning times(units:times·(10-2 km-1)) on the expressways in southern Jiangsu during the period of 2007 to 2013:(a)the expressways in the western part of southern Jiangsu;(b)the expressways in the eastern part of southern Jiangsu
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2.1.2 地闪月变化特征
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从2007—2013年苏南地区各条高速公路的逐月累计地闪频次变化(图4)上可见,各路均表现为单峰型的月变化特征。1—5月和9—12月的地闪总次数非常少,这9个月的地闪次数仅占地闪总次数的12%。而6—8月是闪电发生的集中期,占地闪总次数的88%。进入春季以后,苏南地区对流活动频繁,雨水增多,闪电发生频次快速上升。7 a中6月份地闪总次数达9938次·(10-2 km-1)。由于夏季热力对流最强盛,闪电活动明显增多,所以7、8月为全年闪电最多的月份,7 a累计分别达47300次·(10-2 km-1)、52569次·(10-2 km-1)。
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从东、西两个地区的对比分析来看,西部地区高速公路段的月闪电次数的峰值时间早于东部地区。东部地区的沿江高速、沪宁高速东段、常台高速的地闪次数最高值均出现在8月,其中沪宁高速东段的8月地闪次数最多,7 a累计
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达7778次·(10-2 km-1)。而西部地区的高速公路沿线的月地闪次数的峰值大多出现在7月(仅扬溧高速出现在8月),南京绕城高速7 a累计达8422次·(10-2 km-1)。扬溧高速的月地闪次数最大值出现在8月,7 a累计达10664次·(10-2 km-1),这也是8条高速公路段中月地闪次数最多的公路段。同时其7月的累计地闪次数达9231次·(10-2 km-1),在同地区中也是最多的。此外,西部地区高速公路段的月闪电次数要明显多于东部地区。究其原因,西部地区地处宁镇丘陵地带,小型水库星罗棋布,复杂的地形地貌条件为夏季对流性天气的发生和发展提供了有利条件。
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图42007—2013年苏南地区高速公路地闪频次(单位:次·(10-2 km-1))月变化:(a)苏南西部地区高速公路段;(b)苏南东部地区高速公路段
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Fig.4 Monthly changes in ground lightning times(units:times·(10-2 km-1)) along the expressways in southern Jiangsu during the period of 2007 to 2013:(a)the expressways in
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2.1.3 地闪日变化特征
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由2007—2013年江苏苏南地区各条高速公路的逐日地闪次数变化(图5)中可见,闪电集中出现在午后至傍晚时段,这主要是因为午后大气层结最不稳定,易形成热对流所致。7 a中多数高速公路沿线的地闪次数逐时变化都具有明显的波动特征,各条高速公路沿线的地闪一天中大都集中发生在午后的12—20时(北京时,下同),期间地闪次数占全天总地闪次数的70.25%,其中13—16时为主要发生时段,约占全天地闪总数的45.87%。
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图52007—2013年苏南地区高速公路地闪频次(单位:次·(10-2 km-1))日变化:(a)苏南西部地区高速公路段;(b)苏南东部地区高速公路段
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Fig.5 Diurnal variations of the ground lightning times(units:times·(10-2 km-1)) along the expressways in southern Jiangsu during the period of 2007 to 2013:(a)the expressways in the western part of southern Jiangsu;(b)the expressways in the eastern part of southern Jiangsu
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西部地区高速公路沿线的午前日地闪次数要多于东部地区,但东部地区出现日地闪次数峰值时间要早于西部地区。沿江高速公路沿线的日地闪次数峰值时间出现最早,7 a中13时地闪次数达2327次·(10-2 km-1)。东部地区各条高速公路段的日闪电次数峰值时段为13—15时,而西部地区各条高速公路段的日闪电次数峰值时段相对滞后,为14—18时。地闪次数逐时波动明显,一个峰值时次后会突然下降,然后又很快达到另一个峰值,甚至有双峰型特征,如扬溧高速15时地闪次数已达高值(2475次·(10-2 km-1)),然后至17时逐步降低(1915次·(10-2 km-1)),但18时再次升到更高值(2580次·(10-2 km-1))。这是由于闪电是一个能量积累、释放、再积累的交替过程,并与下垫面热量补给和对流发展条件密切相关。8条高速公路的累计地闪次数在14时达到峰值,为13054次·(10-2 km-1)。其中,扬溧高速地闪次数为8条高速中最多,达2090次·(10-2 km-1),宁杭高速沿线地闪次数最少,为853次·(10-2 km-1)。这主要是因为:1)下垫面受午后强烈的太阳辐射加热的影响,温度不断升高,近地气层温度随高度递减幅度最大,导致大气层结不稳定度最大,垂直方向对流产生的热力条件最佳,从而最易形成闪电;2)扬溧高速穿越于水系分布和地形起伏最复杂的长江河谷和宁镇丘陵高差最大地段,河陆风、山谷风等地方性环流发展旺盛,闪电产生的动力条件最好。3)宁杭高速公路沿线虽有丘陵起伏和一些水系分布,但由于林地居多,植被覆盖茂密,闪电产生的热力和动力条件都不如其他公路。在20时至次日00时,各条高速公路地闪次数也有小幅上升,特别是西部沪宁西段地区00时的地闪次数达到720次·(10-2 km-1),但也远少于14时。
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2.1.4 地闪强度变化特征
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根据郦嘉诚等(2012)研究,将地闪强度(地闪峰值电流,下同)分为5个等级:≤10 kA、10~20 kA、20~50 kA、50~100 kA、≥100 kA。经统计得出各条高速公路的分级地闪强度对比情况(图6)。各条高速公路段的平均地闪强度主要集中在20~50 kA,占全部地闪次数的67.41%。
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从地闪强度分布看(图6),东部和西部地区高速公路的平均地闪强度分别为34.14 kA、30.75 kA,总体趋势为东部地区强于西部地区。平均地闪强度最大的是常台高速公路,达3461 kA,但常台高速公路沿线地闪总次数最少,为1847次·(10-2 km-1·a-1)。
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图62007—2013年苏南地区高速公路不同地闪强度(单位:kA)及平均地闪强度的频次(单位:次·(10-2 km-1))分布
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Fig.6 Bar chart of the different intensities(units:kA) and average intensity of ground lightning(units:times·(10-2 km-1)) along the expressways in southern Jiangsu during the period of 2007 to 2013
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2.1.5 地闪密度分布特征
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利用对各条高速公路进行的双侧各3 km宽的缓冲处理,将ArcGIS点密度功能插值结果同时除以6 km,得到了高速公路的地闪密度值。图7显示,江苏苏南地区地闪密度呈非均匀性的块状分布。地闪密度较高的地区主要集中在南京、镇江以及长江沿线附近,地闪密度可达4~5次·(10-2 km-1·a-1),特别是南京和镇江辖区范围内的宁镇丘陵地区、长江的南京至江阴段沿线的地闪密度已达5~8次·(10-2 km-1·a-1)。地闪密度较低的地区主要分布在无锡、苏州南部地区的公路段。这种分布的差异性与宁镇丘陵地形条件和长江、太湖等水体的水汽供应能力及最终局地对流性天气的形成条件有关。从图7还可以看出,地闪密度最高的是在沪宁高速公路的镇江段和常州段、扬溧高速公路的镇江段、沿江高速公路的无锡段,上述路段的地闪密度达5~8次·(10-2 km-1·a-1)。南京绕城公路、宁杭高速公路的南京段、沪宁高速公路东段的地闪密度也相对较高,达4~5次·(10-2 km-1·a-1)。
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图72007—2013年苏南地区高速公路地闪密度(单位:次·(10-2 km-1·a-1))分布
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Fig.7 Density of ground lightning times along the expressways in southern Jiangsu during the period of 2007 to 2013(units:times·(10-2 km-1·a-1))
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2.2 江苏苏南地区高速公路云闪时空分布特征
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云闪是由于同一云层中不同部位的电荷不同,在云层内部、云与云之间的一种放电现象。本文利用江苏省VLF/LF闪电监测定位系统的闪电最新观测资料,分析了苏南高速公路网云闪的时空分布特征,并结合个例,探讨了发生背景与成因。
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2.2.1 云闪季节变化特征
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根据2013年江苏苏南地区各高速公路沿线的云闪次数统计(图8),东部地区的高速公路全年云闪次数多于西部地区,均在400次·(10-2 km-1)以上;西部地区仅扬溧高速与之相近,其他均在200~250次·(10-2 km-1)。全年云闪次数以沪宁高速公路东段(464次·(10-2 km-1))为最多,以宁常高速(173次·(10-2 km-1))为最少。
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图82013年苏南地区高速公路云闪次数(单位:次·(10-2 km-1))分布
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Fig.8 Distribution of the cloud lightning times(units:times·(10-2 km-1)) along the expressways in southern Jiangsu in 2013
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根据2013年苏南地区各高速公路逐月云闪次数统计(图9),云闪主要发生在5—9月,且东、西部地区的逐月分布特征差异显著。西部地区多呈双峰型月变化分布特征,1—4月、10—12月极少发生云闪,5月云闪次数有所上升,6月云闪次数达到一个峰值,如扬溧高速公路6月的云闪次数达125次·(10-2 km-1);7月的云闪次数有所下降。究其原因与2013年江苏省梅雨季“枯梅”、7月8日出梅后西太平洋副高稳定控制我国东部地区,多高温晴朗天气有关。8月后期受副高北进和多个登陆台风影响,云闪次数又迅速增加,达到高峰值,如扬溧高速公路8月云闪达206次·(10-2 km-1)。相比之下,东部地区的云闪呈单峰型月变化分布特征,且发生次数明显高于西部地区,月云闪次数以8月份为高峰值,均在330次·(10-2 km-1)以上,其中沪宁高速公路东段可达382次·(10-2 km-1),这与东部地区受台风影响比西部地区更大有关。
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图92013年苏南地区高速公路云闪(单位:次·(10-2 km-1))月变化:(a)苏南西部地区高速公路段;(b)苏南东部地区高速公路段
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Fig.9 Monthly variability of the cloud lightning times(units:times·(10-2 km-1)) along the expressways in southern Jiangsu in 2013:(a)the expressways in the western part of southern Jiangsu;(b)the expressways in the eastern part of southern Jiangsu
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2.2.2 云闪日变化特征
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根据2013年江苏苏南地区各高速公路日云闪次数统计(图10),东、西部地区的云闪日变化差异较大,尤以西部地区各时段的云闪次数波动明显,而东部地区相对平稳。西部地区出现云闪明显早于东部地区,这与我省伴有雷电活动的天气过程多自西向东移动有关。
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图102013年苏南地区高速公路云闪次数日变化(单位:次·(10-2 km-1)):(a)苏南西部地区高速公路段;(b)苏南东部地区高速公路段
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Fig.10 Diurnal variations of the cloud lightning times(units:times·(10-2 km-1)) on the expressways of southern Jiangsu in 2013:(a)the expressways in the western part of southern Jiangsu;(b)the expressways in the eastern part of southern Jiangsu
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在西部地区,云闪主要发生在午后,13—18时的云闪次数占全天总次数的55.69%。以扬溧高速公路为例,其日云闪次数全天处于波动状态,14时云闪次数为最多,达110次·(10-2 km-1)。而在东部地区,云闪主要集中出现在17—18时,18时常台高速公路、沪宁高速公路东段云闪达到最大值,分别为162次·(10-2 km-1)和135次·(10-2 km-1);17时沿江高速公路云闪达到最大值,为107次·(10-2 km-1)。东、西两个地区的云闪的日变化特征之所以存在如此大的差异,是因为西部地区的丘陵山地相对于东部地区的平原、湖泊而言,下垫面受热不均,更有利于对流的发展,这种地形起伏促进了闪电发展的能量不断地积累—释放—再积累—再释放,以致出现峰值相对较小的频繁波动现象。
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2.2.3 云闪强度变化
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经统计和分析,2013年苏南各高速公路的分级云闪强度(云闪峰值电流,下同)及平均云闪强度分布(图11),云闪强度分布主要集中在20~50 kA之间。在小于等于10 kA云闪强度中,西部比东部多,其中宁常高速最多,常台最少;在10~20 kA云闪强度中,东部比西部多,其中扬溧高速最多,宁杭高速最少;在20~50 kA云闪强度中,东部比西部多,依然是扬溧高速最多,宁杭高速最少;在50~100 kA云闪强度中,西部比东部多,扬溧高速最多,宁常高速最少;在大于等于100 kA云闪强度中,西部比东部多,扬溧高速最多,宁杭高速最少。8段高速公路中以扬溧高速云闪出现次数最多,10~20 kA和20~50 kA云闪强度出现次数分别为265次·(10-2 km-1)和240次·(10-2 km-1);宁杭高速公路最少,分别为46次·(10-2 km-1)和57次·(10-2 km-1)。不同高速公路的平均云闪强度差异较明显,以扬溧高速公路28.28 kA为最大,以沪宁高速公路东段15.4 kA为最小。值得注意的是,沪宁高速公路东段云闪次数最多,但平均云闪强度却最小。
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图112013年苏南地区高速公路云闪强度(单位:kA)及平均云闪强度的频次(单位:次·(10-2 km-1))分布
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Fig.11 Bar chart of different intensities(units:kA) and average intensity of cloud lightning times(units:times·(10-2 km-1)) along the expressways of southern Jiangsu in 2013
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2.2.4 云闪密度变化特征
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苏南地区各高速公路的云闪密度也呈非均匀性的块状分布(图12),云闪的最高密度区分布在沪宁高速无锡至苏州段和沿江高速无锡至常熟段,达3~4次·(10-2 km-1·a-1);次高密度区主要分布在南京绕城高速江北段和城南段、扬溧高速扬州至镇江段和沪宁高速镇江段,达2~3次·(10-2 km-1·a-1)。表明云闪密度大小在受到公路沿线的下垫面的影响的同时,还与所处的宁镇丘陵地区、长江与太湖等这一特殊自然环境下有利于对流动力条件发展密切相关。从图1和图2中水系分布可以看出,沿江高速无锡至苏州段靠近长江流域,沪宁高速无锡段靠近太湖,充足的水汽条件,为不稳定对流的发展起到促进作用。
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图122013年苏南地区高速公路云闪密度(单位:次·(10-2 km-1·a-1))分布
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Fig.12 Density of the cloud lightning times along the expressways of southern Jiangsu in 2013(units:times·(10-2 km-1·a-1))
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3 结论
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本文利用2007—2013年江苏省地闪和2013年云闪资料,分别研究了苏南地区高速公路网地闪和云闪的时空分布特征,得到如下结论:
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1)苏南地区高速公路网地闪7 a平均发生次数具有明显的西部多于东部的分布特征,年变化呈单峰型,1—5月和9—12月地闪总次数较少,6—8月进入高发期。西部地区高速公路地闪次数的峰值主要出现在7月,相对于东部地区要早1个月左右。一天中,地闪发生次数的峰值出现在午后至傍晚的12—20时,且多数高速公路的地闪次数逐时变化具有明显的波动特征。东部地区高速公路日地闪次数的峰值时间早于西部地区。
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2)苏南地区高速公路地闪强度(地闪峰值电流)主要集中在20~50 kA,总体趋势是东部强于西部。地闪频次较多的是沪宁高速镇江至常州段以及扬溧高速镇江段、沿江高速无锡至常熟段、南京绕城高速、宁杭高速南京段以及沪宁高速东段。
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3)云闪的年内逐月变化特征为:西部地区多为双峰型、东部地区多呈单峰型,西部地区8月为主峰6月为次峰;东部地区7月为峰值月。西部地区的云闪日变化波动大,东部地区较平稳;西部地区高发时段主要集中在午后13—18时,14时云闪次数为最多;东部地区的云闪主要集中在14—20时,18时云闪次数最多。云闪强度(云闪峰值电流)主要集中在20~50 kA。
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参考文献
摘要
利用江苏省闪电监测定位系统探测2007—2013年地闪观测资料和2013年云闪观测资料,研究了苏南地区高速公路沿线地闪和云闪的时空分布特征。研究表明:1)苏南地区高速公路的年、月地闪频次具有西部多于东部的分布特征,其中扬溧高速最多;6—8月是地闪出现的高峰期,且西部地区出现峰值时间(7月)早于东部地区(8月);但日地闪频次的峰值出现时间东部(13~16 h)要略早于西部地区(14~18 h)。2)地闪强度(峰值电流)主要集中在20~50 kA,总体趋势是东部大于西部;高速公路地闪强度高值区主要集中在宁镇丘陵以及太湖、长江沿线附近,其中南京绕城高速、扬溧高速镇江段、宁杭高速南京段、沿江高速无锡段、沪宁高速等都是地闪密度较高路段。3)云闪集中发生在5—9月,西部地区云闪频次波动明显,总体呈双峰型月变化分布特征;东部地区云闪频次相对集中,呈单峰型月变化分布特征;西部地区出现云闪日高频次的时间(13~18 h)要早于东部地区(17~18 h)。
Abstract
In the present study,based on the observed cloudtoground(CG) lightning location data from the period of 2007 to 2013 and the new observed intracloud(IC) lightning location data for 2013 in Jiangsu Province,the temporal and spatial pattern of CG and IC lightning activities along the expressways in southern Jiangsu were investigated.The following results were observed:(1)There were a greater number of CG lightning activities along the western expressways than the eastern ones.The highest frequency appeared along the YangzhouLiyang Expressway,the peak period of CG lightning activities in a given year was from June to August,and the peak time (July) along the western expressways was earlier than in the eastern region(August).However,the peak time (13:00 BST—16:00 BST) in the CG lightning frequency along the eastern expressways was slightly earlier than in the western region(14:00 BST—18:00 BST).(2)The CG lightning current(peak current) was mainly concentrated in the range of 20~50 kA,while the overall lightning current trend in the east was greater than in the west.The regions where CG lightning activities occurred most frequently were NanjingZhenjiang Hills,Taihu Lake and the Yangtze River Valley.Among these,the expressway near Nanjing City,the Zhenjiang part of the YangLiyang Expressway,the Nanjing part of the NanjingHangzhou Expressway,the Wuxi part of the Expressway along the Yangtze River,and the ShanghaiNanjing Expressway were the highest CG lightning density sections.(3)The IC lightning activities in 2013 occurred mainly from May to September.The IC lightning frequencies along the western expressways fluctuated significantly in a distribution type of double peak months.The IC lightning activities along the eastern expressways were relatively concentrated,and exhibited a distribution type of a single peak month.The time of IC lightning along the western expressways(13:00 BST—18:00 BST) was earlier than along the eastern expressways (17:00 BST—18:00 BST).