应用优化网格法分析宁波地区的雷暴特征
作者单位：宁波市防雷中心
会议名称：《第33届中国气象学会年会》
会议日期：2016年
学科分类：07[理学] 070601[理学-气象学] 0706[理学-大气科学]
基 金：公益性行业(气象)科研专项(GYHY201306069) 宁波市气象局科技计划项目(NBQX2012010B)
关 键 词：优化网格法 R值 1km×1km网格 雷暴强度 平均单位雷电日密度 最大单位雷电日地闪密度
摘 要：为满足小面积区域雷电防御工作准确化、精细化的要求,采用优化网格法来优化1km×1km网格的雷电参数,优化网格法就是采用1km×1km的网格将小面积区域划分为若干个网格,再以每个1km×1km网格中心点为中心,人工探测范围R为半径的圆为统计单位,即1km×1km网格的年雷电日为该圆范围内的年雷电日T,网格地闪密度N为该圆内单位面积的地闪次数:T=TN=N/S。用于优化1km×1km网格的人工探测范围R是根据多年积累的气象雷电资料统计得出,并作不断修正,以确定符合本地的R值。R值的确定是根据气象日界对闪电定位仪的北京时进行划分,再以宁波地区各人工观测站为中心,选定人工有效观测范围R为6km、7km、8km、9km共4种圆半径,得出对应圆的年平均雷电日参数,对比同一区域三年的年平均人工气象雷暴日观测数据,选择与人工观测数据相近的R值,作为优化网格法统计本地区雷电参数的标准R值。根据对各站数据对照得出人工观测范围R为7km的圆内所对应的年平均雷电日数最接近于同一区域的三年平均人工雷暴日数。因此确定R=7km为适合宁波地区的R值。R值与人工观测效率直接相关,而人工观测效率则受地形地貌等诸多环境因素制约,因此不同地区的R值也不尽相同。为便于应用计算,在算法中需要确保R值的单一性,小面积区域各种环境因素相似程度相对较高,对于R值的单一性取值相对可靠,由此可见,优化网格法较适用于小面积区域。优化网格法可用于分析年平均雷电日、年平均地闪密度、平均单位雷电日地闪密度、最大单位雷暴日地闪密度等四个用于表征雷暴活动规律和特征的雷电参数。根据优化网格法所绘制的年平均雷电日图较普通网格法绘制的年平均雷电日图更能细致全面的反映各个区域地闪情况。通过对优化前后的年平均地闪密度进行对比分析发现,未经优化的1km×1km网格年平均地闪密度数值波动巨大,相邻网格之间的年平均地闪密度值阶跃明显,由于一般雷暴云(雷暴单体)水平尺度都在5公里以上,强雷暴云甚至可以达到几十公里,加之所选取的区块处于同一下垫面,因此此区块中相邻网格间的年平均地闪密度值有频繁的阶跃就不符合实际情况。而采用优化网格法后,区块中相邻网格之间的年平均地闪密度值波动范围不大,且其值更利于工程应用和计算。最后优化网格法还可以计算分析网格法所无法准确分析的最大单位雷电日地闪密度p(N及平均单位雷电日地闪密度等1km×1km网格的雷电参数。从p(N)最大单位雷暴日地闪密度图中的地闪高密度区可以说明宁波地区强雷暴就是发生在这些区域,而从平均单位雷暴日地闪密度图的地闪高密度区则可以明确反映这些地区强雷暴所占比例高。平均单位雷电日地闪密度N是反映平均每个雷电日的地闪数,可以表征指定区域强雷暴发生可能性的信息,也就是说在雷暴日数相同的情况下,某区域单位雷电日地闪密度值高,则说明此区域内强雷暴占比高。地图中每个1km×1km网格都有一个N,即N=N/T。最大单位雷电日地闪密度p(N)N=n/s=n即为单位雷电日地闪密度。从单位雷电日地闪密度这些数据中,选取数值最大的1%,表示为p(N),并通过绘制p(N)单位雷电日地闪密度图用以表示强雷暴的分布特征。将平均单位雷电日地闪密度图和最大单位雷电日地闪密度图进行对比分析,两图的地闪密度高值区分布大致相同,平均单位雷电日地闪密度图的地闪密度高值区可以说明这些地区强雷暴所占比例高,而最大单位雷电日地闪密度图的地闪密度高值区则可以明确反映宁波地区强雷暴就发生在这些区域,这与对流系统主要影响宁波西南部和中部山区、中心城市带的实际情况相符。雷电灾害主要是由强雷暴造成的,通过准确分析平均雷电日地闪密度和最大雷电日地闪密度来了解强雷暴的分布特征和活动规律,有助于采取针对性雷电防御工作,从而减少强雷暴对生产生活的影响,降低雷灾造成的损失。