四川省凉山州雷暴发生规律分析及预警区划课件.ppt
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1、四川省凉山州雷暴发生规律分析及预警区划凉山州防雷中心 李兵摘摘要要:凉山州位于四川省西南部,北纬2603至2918,东经10003至10352,由于特殊的地理因素和大气环流形成了干雨季分明的季风气候,是全省雷暴日数最多的地区,每年所造成的损失严重。本文利用凉山州近36年的雷暴资料,运用统计分析方法对凉山州及其下属17个县市进行了时空分布规律分析,得出了凉山州17县市36年的雷暴时空分布特征:平均雷暴持续天数增多(12.4天),平均雷暴日数减少(13.4天)。同时根据历史数据分析,对整个凉山州地区做出了雷暴分级区划,即凉山州的盐盐源源、冕冕宁宁、越越西西、木木里里4 4个个县县为为雷雷暴暴发发生
2、生高高度度重重灾灾区区;美美姑姑、会会东东、会会理理、德德昌昌、喜喜德德、西西昌昌市市、昭昭觉觉7 7个个县县市市为为雷雷暴暴发发生生中中度度重重灾灾区区;普普格格、甘甘洛洛、雷雷波波、布布拖拖县县、金金阳阳、宁宁南南6 6个个县县为为雷雷暴暴发发生生轻轻度度重重灾灾区区。本文还利用近六年(2001-2006)的西昌市单站7、8月气象要数观测资料(温、压、湿),通过判别分析法和多元回归分析法建立了7、8月份雷暴发生的预报方程。希望以上工作能对将来建立凉山州地区的雷暴预警预报系统提供气象依据。一、引言一、引言1.1 1.1 雷暴的定义及发生雷暴的定义及发生 雷暴是一种积雨云中剧烈放电造成闪电、雷
3、声的一种天气现象。是一种强对流中小尺度天气过程,常伴随有强烈的雷电活动以及大风和暴雨,甚至出现冰雹和龙卷风等灾害性天气。总的说来,形成雷暴的积雨云发展旺盛时,云中电荷的分布很复杂,云的上部以正电荷为主,云的中、下部以负电荷为主,云的下部前方的强烈上升气流中还有一范围小的正电区。因此,云的上、下之间形成一个电位差,当电位差大到一定程度后,就产生放电,这就是平常所见得闪电现象。放电过程中,闪电中的温度骤增,使空气体积急剧膨胀,从而产生冲击波,导致强烈的雷鸣。当云层很低时,有时可形成云地间放电,这就是雷击。因此,雷暴是大气不稳定状况的产物,是积雨云及其伴生的各种强烈天气的总称。雷暴的持续时间一般较短
4、,单个雷暴的生命史一般不超过2小时。我国雷暴是南方多于北方,山区多于平原。多出现在夏季和秋季,冬季只在我国南方偶有出现1。雷暴出现的时间多在下午,夜间因云顶辐射冷却,使云层内的温度层结变得不稳定,也可引起雷暴,称为夜雷暴。1.2 1.2 雷暴对人类的危害雷暴对人类的危害 雷电灾害已被联合国列为“最严重的十种自然灾害之一”,被中国相关权威部门称作“电子时代的一大公害”。随着社会的进步,现代科学技术的不断发展,各类电子设备、网络通讯的广泛应用,高层建筑物的不断增加,既给人们带来了方便,也推进了社会经济发展和人们生活质量的提高。但雷电的危害也相应增加,雷击除造成人员伤亡和财产损失外,还导致火灾、爆炸
5、、信息系统瘫痪等事故的发生,从卫星、通信、导航、计算机网络到每个家庭的家用电器都会受到雷电灾害的严重威胁。325米,是全州最低点。高山深谷的相对高差达5633米。由于大气环流本身的复杂多样性及境内海拔高度悬殊和地形地貌多样,使气候更趋复杂。全州年平均气温14.3,但气温随海拔高度升高的递减率各地不一致,气候要素值差异大,最热与最冷之地的年平均气温相差近29。年平均降水量1004mm,降水量最多与最少之地年总降水量相差1600余毫米。1.41.4凉山州雷暴的基本气候特征及所造成的损失凉山州雷暴的基本气候特征及所造成的损失 凉山州雷暴季节分布为全年度可出现雷暴,是全省雷暴日数最多的地区,一年365
6、天中,凉山州各县的雷暴日数普遍都在50天以上,如西昌市67天,冕宁县78天,而盐源县更是以85天高居全省之冠。7,8月份是整个凉山州17个县市出现雷暴最多的月份,其次是4,5,6月份,其他月份出现雷暴日数较少,全年雷暴日数在66.7天左右。由于雷暴日数众多,加之社会和大多数民众防雷常识缺乏,故凉山州近年来雷灾伤亡人数均排在全省前列。作为安全生产工作的一个重要组成部分,防雷减灾工作的重大意义仍尚未得到广泛的认识,人们对雷电的危害大多仍停留在传统的观念上(直击雷防护),认为避雷针、带、网就能解决防雷,忽视了雷电感应和雷电波侵入所带来的危害,尤其是农村由于受到群众的认知程度、经济状况和封建思想等因素
7、的制约,缺乏必要的防雷、避雷知识和相应的防雷设施,每年因雷击造成的人员伤亡和财产损失十分巨大。仅对近年因雷电灾害造成人员伤亡的调查数据来看:2003年因雷击共造成9人死亡、12人受伤,直接和间接损失1000余万元。2007年,全州有18人死于雷击,15人被击伤,仅7-8月就连续出现4起雷击灾害,造成11人死亡、12人受伤,其中盐源县7月4日一次雷暴天气过程就造成6人死亡、9人受伤,7月3031日,木里、盐源、雷波3县因雷击又造成5人死亡、3人受伤(其中重伤2人)等,在全州乃至全省都是罕见的3。因此作好防雷工作具有十分重要的意义。二、二、资料来源资料来源 1971到2006年(36年)间雷暴资料
8、;西昌市2001到2007年7、8月每日气象要素(温、压、湿)资料及其凉山雷暴高空天气形势及其强雷暴雷达回波特征。来自凉山州气象局。三、凉山雷暴发生规律三、凉山雷暴发生规律3.1 3.1 雷暴时间分布雷暴时间分布3.1.1 3.1.1 凉山州雷暴持续天数年际变化凉山州雷暴持续天数年际变化 雷暴持续天数雷暴持续天数是指一年中初雷日(最早出现雷暴的一天)与终雷日(最晚出现雷暴的一天)之间(包括初雷日和终雷日)的天数,单位为天。雷暴持续天数仅代表一年中可能发生雷暴的持续天数,而不代表一年中雷暴活动的年内分布,它粗略地反映全年雷暴活动的年内分布和强弱程度。平均雷暴持续天数指雷暴持续天数的多年平均结果,
9、单位为天,平均雷暴持续天数表示一年中可能发生雷暴的平均持续天数,它反映雷暴活动的多年平均结果。从气象统计资料分析图1.3,可以看出整个凉山州17个县市的大部分地区的初终雷暴间日期(雷暴持续天数)在近五年(2001-2006)比前三十年(1971-2000)有增加的趋势,近几年雷暴发生的初日大多在每年的一月份就出现,终日也推至每年的11和12中,整个凉山州平均雷暴持续天数增加了8.6天。3.1.2 3.1.2 凉山州雷暴日数季节际变化凉山州雷暴日数季节际变化 雷暴日定义为北京时间当日08:00至次日08:00出现雷暴就记为一个雷暴日(一日之内出现多次雷暴也统计为1个雷暴日),其中08:00-14
10、:00出现雷暴记为上午出现雷暴的雷暴日,14:00-20:00出现雷暴记为下午出现雷暴的雷暴日,20:00至次日08:00出现雷暴记为夜间出现雷暴的雷暴日。雷暴季节定义为是指一年中雷暴所发生的月份,而不论在这些月份中雷电发生的天数。雷暴季节仅表示的是一年中雷暴活动发生的月份,它粗略地反映全年雷暴活动的年分布和强弱程度。平均雷暴季节指雷暴季节的多年平均结果,近似为平均初雷暴所在月份至平均终雷暴所在的月份。平均雷暴季节只能大概的反映全年雷暴活动的年内分布和强弱程度的多年平均情况。1971-2000年和2001-2006年雷暴分布形态一致,5月、7月呈双峰值5月(01-06)、6月(1971-200
11、0)谷值,后5年年平均雷暴数比前30年明显减少。1971-2000年雷暴数分布呈5月、7月双峰值6月一谷值形态,2001-2006年呈7月单峰值形态6月份、9月份雷暴数明显增多。1971-2000年和2001-2006年雷暴分布形态一致,7月呈单峰值,后5年年平均雷暴数比前30年明显减少。1971-2000年和2001-2006年雷暴分布形态一致,7月呈单峰值,后5年年平均雷暴数比前30年明显减少。1971-2000年和2001-2006年雷暴分布形态一致,7月呈单峰值,后5年年平均雷暴数比前30年明显减少。1971-2000年和2001-2006年雷暴分布形态一致,5月、7月呈双峰值6月一谷
12、值,后5年年平均雷暴数比前30年明显减少。通过数据资料分析得出:7、8月份是整个凉山州及其下属17个县市出现雷暴最多的月份,其次是4,5,6月份,其他月份出现雷暴日数较少。在一些地区,如冕宁,布拖,会东,宁南,德昌,普格,木里,盐源,西昌市,在一年1到12月中雷暴日数出现单峰值。其峰值在7,8月份。在其他县市,如甘洛,美姑,金阳,会理,喜德,雷波,昭觉,越西,在一年1到12月中雷暴日数出现双峰值,其峰值在4,5月份和7,8月份。6月雷暴日数相对较少,呈一谷值。总体来说近年雷暴数较前30年有所减少(减少13.4天),局部地区某些月份(9月,3月)有所增加。整个凉山州除少数地方1月和12月没有发生
13、雷暴以外,其雷暴季节均是全年分布。3.1.3 3.1.3 凉山州雷暴日数年际变化凉山州雷暴日数年际变化 通过资料数据分析,整个凉山州17县市雷暴日数呈减少的趋势(近六年减少了13.4天)。总体来看,自20世纪60年代以来,雷暴呈现减少的趋势,这与文献5中我国整体年雷暴频数在波动中减少的结论相一致。郭其蕴6等指出;1951年以后到60年代中期我国处于强夏季风时期,以后夏季风减弱,1976年以后,夏季风再次减弱,以至在此后的20多年没有再出现强夏季风年。夏季风的这种年代变化导致我国北方地区降水减少5。(横轴1到17分别代表1美姑、2甘洛、3冕宁、4会东、5布托、6金阳、7宁南、8会理、9德昌、10
14、普格、11喜德、12盐源、13雷波、14昭觉、15越西、16木里、17西昌)从整个凉山州1971到2000年之间的30年的雷暴日数距平图来看,最大正距平出现在1972、1973年,达+23.06日;最大负距平出现在2003年,达-22.9日。凉山州雷暴日数在波动中呈现下降趋势(见图20)。图21.a凉山州二维地势图图21.b凉山州区划图3.2.1 3.2.1 各县雷击大地密度各县雷击大地密度 雷击大地密度Ng是指一年中,每平方公里受雷击的次数。规范上已确定Ng与平均雷暴数Td之间为非线性的指数关系,根据我国情况采用下列经验公式计算:N Ng g=0.024 T=0.024 Td d 1.31.
15、3 式中T Td d年平均雷暴日,根据当地气象台、站资料确定(d/a)。由经验公式可得:平均雷暴日数Td越大的地区,雷击大地密度Ng也越大。表表1 1 凉山州各县市平均雷暴数和平均雷击大地密度雷电活动强弱划分表凉山州各县市平均雷暴数和平均雷击大地密度雷电活动强弱划分表项目年份数据分析县市平均雷暴日数(Td)雷击大地密度(Ng)雷电活动强弱标准1971-20061971-2006盐源县82.97.49Ng6冕宁县75.96.68越西县75.56.63木里县70.76.09会理县675.684.5Ng6喜德县65.75.53西昌市65.15.47德昌县64.15.36会东县60.44.96美姑县5
16、7.94.70昭觉县57.24.62甘洛县55.54.44Ng4.5普格县55.44.43宁南县53.34.22雷波县51.24.00布拖县48.83.76金阳县41.43.043.2.2 3.2.2 凉山州雷暴分级区划凉山州雷暴分级区划 通过以上统计分析年平均雷暴日数、雷击大地密度Ng结合行政区划图,得出凉山州的雷暴空间分布大致呈西北到东南逐渐减少的雷暴分布特征;得出凉山州的盐源、冕宁、越西、木里4个县确定为雷暴发生高度重灾区;会理、喜德、西昌市、德昌、会东、美姑、昭觉7个县市确定为雷暴发生中度重灾区;甘洛、普格、宁南、雷波、布拖、金阳6个县确定为雷暴发生轻度重灾区。图图22 22 凉山州地
17、区雷暴分级区划凉山州地区雷暴分级区划四、雷暴的预测四、雷暴的预测4.1 4.1 与雷暴相关气象因子与雷暴相关气象因子 雷暴过境时,地面要素和天气现象都会发生急剧的变化,其变化的剧烈程度与雷暴移经本站的路径、雷暴的强弱及单体的个数有关。一般说来,每一次雷暴过程都具有气温下降、气压陡升、风向突变、风力增大、降水或降水增强等天气现象,一些强烈的雷暴过程还可以产生冰雹天气。根据西昌站历年雷暴影响时地面要素变化分析如下:气温气温 雷暴产生之前,测站一般为暖湿空气所盘踞,气温高,湿度大,风力微弱,天气闷热。雷暴来临时,积雨云中下沉的冷空气代替了原来的暖湿空气,气温开始下降,12分钟或短时间后,风向急转,风
18、速突增大,气温也随时急降。夏季,一次强的雷暴过程常可使气温下降10 以上。但是,一个雷暴单体平均寿命不过半小时左右,所以从降温开始到10l5分钟后,气温即可降到最低,以后,随着雷暴远离测站,降水结束,气温又慢慢开始回升。气压气压 在雷暴发展阶段,积雨云中上升气温使高层辐散大于低层辐合,云中水汽凝结释放的潜热使空气增温,气柱膨胀,所以,地面气压通常是下降的。随着积雨云发展成熟,云中出现下沉气流,这时气压便开始上升。所以气压上升几乎是和气温的下降同时出现的。这种气压上升现象在积雨云的正下方达到最大。随着雷暴的远离,气压又开始恢复正常。湿度湿度 雷暴出现之前,地面相对湿度通常是减小的,这是由于气温升
19、高、气压下降、辐合上升气流将一部分水汽带走所造成的。随着降水开始,相对湿度即迅速上升到接近饱和状态,但在降水达到最大时,相对湿度反而下降,这可能是因为云底较干冷的空气被云中下沉气流卷挟到地面,而降落的雨滴还未来得及蒸发的缘故。所以,当雷暴离去或趋于消亡时,相对湿度又可回升到饱和状态。4.2 4.2 雷暴预报方法雷暴预报方法4.2.1 4.2.1 雷暴高空天气形势分析雷暴高空天气形势分析 根据20052007年凉山州雷暴天气个例分析,凉山州雨季由于底层湿度大,能量丰富,大多数降雨过程伴有雷电现象。4.2.1.2 4.2.1.2 高空低槽过境高空低槽过境在90107E、2540N范围有8个纬距的大
20、槽经过凉山州,且后部偏北气流中带有冷平流,此种形势也容易造成大范围强雷暴天气,局部地区还可能出现冰雹。见图24。4.2.1.3 4.2.1.3 高空强辐散高空强辐散在90115E、2540N范围高空有反气旋辐散流场,此种形势常使下垫面上午维持晴间多云天气,出现增温增能,傍晚到上半夜常出现大范围分散的强雷暴天气,局部地区还出现冰雹。见图25。图25 高空辐散特征 图26 低层辐合特征4.2.1.4 4.2.1.4 底层辐合底层辐合在底层出现低涡、切变过境,造成辐合流场,配合高空天气系统容易产生持续强雷暴天气。此种形势使底层有连续水汽补充,强雷暴天气常持续3小时以上,并伴有强降雨天气过程。见图26
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