卫星观测到的山东闪电的时空分布特征

卫星观测到的山东闪电的时空分布特征4.1 卫星观测到的山东闪电的密度空间分布图4.1 山东省闪电活动的空间密度分布图 4.1 是0.50.5的网格点得到的山东省闪电密度空间分布图。根据图中闪电活动空间分布的特点，可以发现从胶东半岛到山东内陆，闪电活动的发生频率是呈现出逐渐增加的趋势。从图中可以看出，在山东烟台及威海附近的闪电密度最小，约为0.02-0.04；在崂山、青岛和胶州湾附近和烟台的闪电密度差不多，大约为0.02-0.04。在潍坊、泰安这些山东省中部地区闪电的密度较为大，其中在玉皇顶附近大约为0.07-0.09；在菏泽地区的闪电密度达到最高，约为0.1-0.12。袁铁等曾分析了图中我国闪电活动空间分布的特点，发现我国的闪电活动可分为4条大致与海岸平行的带状区域:近海区域、中部区域、西部区域和西部边境区域等。所谓近海地区就是指地处我国第三级阶梯的省份及中国南方沿海省份，近海地区是我国受亚洲强劲的夏季风影响最强的地方，从海上吹过来的强劲夏季风不仅给这些地方带来了丰沛的降水，同时也给这些地区带来了大量的闪电活动。山东省虽然地处我国近海区域，但其闪电密度的大小与其他省份的近海区域值存在较大的差异。主要是因为山东省相对于其他沿海省份纬度值较高，亚洲夏季季风对于山东省的影响比较小，特别是强劲的夏季风对于山东省的影响相对于海南、广东等地要小很多，因此山东省闪电的密度和强度相比较南方而言就比较小。从图中我们看到山东地区闪电密度分布与地形的联系较大，一般在山区与平原交接地，闪电的密度明显的高于其他地区，山东省两个闪电高密度区基本上都发生在山区与平原的交接地。很明显的就是闪电高密度区菏泽和泰安处于与华北平原结界处。4.2 卫星观测到的山东闪电的多年平均分布图4.2 山东省闪电多年平均分布图 4.2是山东省闪电多年平均分布图。由图2可见，山东半岛和华北平原一带的闪电日数较少，山东地区北部的东营和滨州，山东中部山区和山东南部沂蒙山区以及微山湖附近闪电日数较多;闪电日数最大值主要集中在莱芜和菏泽，能够达到700左右，最小值出现在山东半岛及其以东地区，其最低能够达到50左右。从图中我们可以看到山东省闪电的活动分布图呈现出四条线的趋势：第一条是山东半岛一线的沿海低值区；第二条是鲁中地区的高值区；第三条是山东西部（华北平原）的低值区；第四条是菏泽地区的高值区。从这四条趋势线中可以看到，山区和河流对于闪电的发生有着较大的影响，特别是鲁中高值区处在泰山山区、东平湖和南四湖附近，这些地区都是强对流天气发生的源地，山地、河流和湖泊能够为强对流的发生发展提供更加丰富的水汽和更加强烈的局地辐合，能够进一步增强强对流运动的发生发展，从而为闪电的发生提供充足的水汽和更好的发生条件。在烟台与潍坊附近存在的明显闪电高值中心，其形成很可能是因为有着海风锋的存在。在山东半岛地区能够形成海风锋是因为在山东东部的丘陵区相对平缓，有利于海风向内陆推进，所以海陆热力性质不同的情况下晚上大陆地区降温快而海水表面温度降温慢，白天大陆温度增温较快而海面的表面温度增温慢，从而使得海陆热力差异越来越大，当有海风从海面吹向内陆时，就会在半岛地区形成海风锋。当形成的海风锋与特定的大气层结条件相结合时，海风锋锋面附近的温度梯度超过某一临界值，就可能触发出强对流天气的发生，从而形成闪电。4.3 卫星观测到的山东闪电的正闪、负闪和总闪的空间分布图4.3 山东省正闪空间分布图图4.4 山东省负闪空间分布图图4.5 山东省总闪空间分布图 从三幅图的对比之中可以看到负闪的空间分布和总闪的空间分布基本相似，与正闪的空间分布有着较大的区别，但是三者在菏泽地区的分布都相差不大，说明在菏泽地区发生正闪的条件相对于其它地区的更好。从图中可以看到负闪发生的空间分布比较符合山东闪电发生的多年平均分布图的四条线，但是正闪相对于就是较为分散，其相对高值区在菏泽和泰山附近。出现这种现象的原因和正闪的发生条件有着密切的联系，首先发生正闪时需要雷暴云积累较高的能量才能放电，但是大多数情况是雷暴云在没有达到能量临界值时就已经放电，从而缺乏提供正闪发生时的能量值；第二，正闪发生的随着海拨的升高发生的频率提高，但是山东省处于我国第三阶梯，其海拨相对较低，故正闪的发生频率较小。从三幅图对比之中可以看到在山东半岛地区，正闪、负闪和总闪的分布都是处于一个较低的层次，这与前面介绍的虽然山东半岛在沿海地区，但是所受到的夏季风影响较小有着一定的联系，还有一个就是与海风锋有关，海风锋所形成的影响造成了山东内陆地区的闪电活动增加，减少了沿海地区的闪电活动。4.4 卫星观测到的山东闪电的正闪、负闪和总闪的日变化图4.6 山东省正闪、负闪和总闪日变化图从图4.6可以看出，闪电的发生也存在明显的日变化，总体呈双峰双谷形式，04:00和18:00为两个峰值，两个谷值分别出现在12：00和00:00。总闪电次数在16:0021:00之间为一高值区，最大值大约是0.7；另一个高值区在02:00-05:00，次大值大约为0.65；第一个低值区是10:00-13:00，最小值为大约为0.3；第二个低值区是23:00-01:00，次小值大约为0.52。正、负闪电的时间分布情况完全和总闪电同步。虽然正、负闪电的变化规律和总闪电的变化规律基本相同，但是正闪和负闪的日变化规律不完全相同，从图我们看到傍晚前后正闪次数的减少较负闪缓慢，其原因是正闪电主要出现在对流系统发展到成熟阶段以后，此时上升气流区减小，云体尺度较大，负闪次数迅速下降，正闪出现的比例明显增大。从出现时间上看，正闪比负闪也有落后现象。从图中峰值所反应出来的变化趋势可以得到，在02:00-05:00和16:0021:00这两个时间段内，山东地区发生对流性雷电天气呈明显的上升趋势；在00:00-13:00和23:00-01:00这两个时间段内，山东地区发生对流性雷电天气有着下降的趋势。综上所述，山东省的防范雷电灾害应该在重点放在两个峰值时间段内，增加这段时间内的雷电预警监测。仔细观察日变化图可以发现负闪和总闪的变化趋势和峰值基本相同，因此有的时候基本可以用负闪的趋势图代替总闪的趋势图。4.5 卫星观测到的山东闪电的正闪、负闪和总闪的月变化图3.6 山东省正闪、负闪和总闪月日变化图从图3.6可以很明显的看到山东省负闪和总闪在1-8月很明显的呈现出上升的趋势，在8月出现峰值，负闪峰值大约是3.1，总闪峰值大约为3.2，从8月之后两者出现急剧的下降，在12月达到谷底，但是正闪在7月达到峰值，其峰值大约为1.5，7月之后开始呈现下降的趋势，但是其变化趋势相对于负闪和总闪较小。在1、12月闪电几乎不发生，因为在这两个月大陆温度高于海面温度，没有从海上过来的水汽，另外在这两个月山东处于冬季，日平均温度降低，没有充足的水汽，不能够产生较为强烈的对流运动，达不到发生闪电的条件。从图中我们可以看到，当闪电较高时，负闪发生的概率明显高于正闪，特别是在夏季的时候，闪电高发期主要以负闪为主，而在闪电较少的时期，正闪发生概率却较高，可能原因应该是前面提到的正闪需要雷暴云中的能量达到很高时才发生，但是在夏季的时候雷暴云的时候雷电云的放电率较高，雷暴云所积累的能量并没有达到能够出现正闪的高度时闪电就发生了，所以主要是强度不强的负闪。从变化趋势可以得到，山东省夏季的闪电活动基本决定了全年闪电活动的空间分布形态。这主要是因为山东省地处亚洲季风区，强劲的夏季风从海上带来了充沛的降水，强烈的对流活动基本都发生在夏季，从而使山东夏季的闪电占全年总闪电的大部分比率，其对山东省闪电活动的空间分布其主要作用。 另外从月变化图也可以看出负闪和总闪的变化趋势基本相同，进一步验证了在某些时间可以用负闪来描述闪电的变化规律。结论 从2007-2013年山东省云地闪资料可以得到如下结论： （1）负闪的变化趋势和总闪的变化趋势基本相同，可以在某些情况下用负闪的数据来代替总闪的数据。 （2）闪电地区闪电频次的日变化呈现明显的双峰双谷型。在一天当中，两个峰值出现在02:00-05:00和16:0021:00，两个谷值出现在00:00-13:00和23:00-01: