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本文为了解和掌握广东省雷电这一自然致灾源的气候变化规律和相关参数,利用ArcGIS软件,通过空间叠加、地统计分析等方法对2007-2016年广东省雷电的时空分布进行了深入分析,并结合广东省降水时空分布情况及降水形成的原因,研究降水对雷电产生的影响与两者之间的关系;结合地形、下垫面城市发展情况对广东省的雷电物理环境特征进行系统分析,探索造成广东省雷电时空分布差异性和共性的原因及动力源泉。从广东省环境国控站获取大气二氧化氮浓度数据,分析2014-2017年广东省二氧化氮的空间、时间分布特征,并挑选前汛期重大天气过程个例,采用相关性分析方法研究雷电对二氧化氮浓度的影响,为二氧化氮污染预报与评价提供参考依据,主要研究成果如下:
(1)广东省雷电在时间分布上具有一定的规律,年际分布、月分布和日分布特征明显。近10年广东省的地闪密度呈现逐渐增加的趋势。雷电活动主要集中在4-9月夏秋季节,雷电次数占全年雷电的97.48%。雷电活动日分布单峰特征较明显,集中在午后至晚上,13时至21时发生的雷电次数占全天雷电的70%以上,最高峰出现在17时。广东省雷电空间分布特征明显,雷电活跃区域主要位于珠江三角洲一带,以其为中心呈环形向外逐步递减,广东省有8个地级市的平均地闪密度高于全省十年平均,广州地闪密度值最高。雷电质心基本上处于珠三角,主要位于广州市。
(2)广东省大气雷电受降水、地形、下垫面城市发展水平的影响较大。近10年广东省平均降水量约为1826.4毫米,4-9月雨量占全年雨量的3/4以上,这几个月同时也是雷电的高发月份,位于大陆内部的累积雨量高值区与地闪密度高值区在空间上存在较好的一致性。珠三角地区地形平坦,三面环山,南朝大海,喇叭状的地形有利于海洋水汽抬升,冷空气来临时容易出现锋面雷暴天气,是雷电活动高值区;雷州半岛由于特殊的海陆分布和北部山脉影响,也存在一个雷电活动次高值区。广东省经济发展水平高的珠三角地区是地闪密度高值区,也是近10年广东省雷电质心所在区域。
(3)广东省二氧化氮浓度具有规律性的时空分布特征。在时间分布上呈“U”型结构,二氧化氮浓度呈现先降低后升高的变化趋势。1月份和12月份二氧化氮浓度最高,6月份浓度最低。在空间分布上,二氧化氮浓度高值区主要位于中部珠三角地区佛山市和广州市交界处,总体上从中部地区向四周,二氧化氮的浓度由高到低。
(4)为研究雷电对二氧化氮浓度的影响,选取2016年4月全省大范围飑线过程作为个例,从时间和空间尺度上对雷电与二氧化氮数据进行比对和相关性分析。研究表明,此次天气过程中,雷电次数和二氧化氮浓度的变化趋势一致,呈直线上升的趋势。雷电与二氧化氮浓度之间存在超前滞后相关性,当雷电次数峰值出现的16个小时后二氧化氮浓度达到峰值,在置信水平0.99上,两种数据的相关性是显著的。研究结果可为大气环境质量的准确预报和评价提供依据。
(5)广东省二氧化氮的空间分布情况是由气象条件和下垫面污染源共同作用的结果,可以通过发挥大气自然环境的作用、人工增雨降低二氧化氮浓度、结合气候条件合理进行区域规划、控制人类的二氧化氮排放源等控制二氧化氮浓度。
(1)广东省雷电在时间分布上具有一定的规律,年际分布、月分布和日分布特征明显。近10年广东省的地闪密度呈现逐渐增加的趋势。雷电活动主要集中在4-9月夏秋季节,雷电次数占全年雷电的97.48%。雷电活动日分布单峰特征较明显,集中在午后至晚上,13时至21时发生的雷电次数占全天雷电的70%以上,最高峰出现在17时。广东省雷电空间分布特征明显,雷电活跃区域主要位于珠江三角洲一带,以其为中心呈环形向外逐步递减,广东省有8个地级市的平均地闪密度高于全省十年平均,广州地闪密度值最高。雷电质心基本上处于珠三角,主要位于广州市。
(2)广东省大气雷电受降水、地形、下垫面城市发展水平的影响较大。近10年广东省平均降水量约为1826.4毫米,4-9月雨量占全年雨量的3/4以上,这几个月同时也是雷电的高发月份,位于大陆内部的累积雨量高值区与地闪密度高值区在空间上存在较好的一致性。珠三角地区地形平坦,三面环山,南朝大海,喇叭状的地形有利于海洋水汽抬升,冷空气来临时容易出现锋面雷暴天气,是雷电活动高值区;雷州半岛由于特殊的海陆分布和北部山脉影响,也存在一个雷电活动次高值区。广东省经济发展水平高的珠三角地区是地闪密度高值区,也是近10年广东省雷电质心所在区域。
(3)广东省二氧化氮浓度具有规律性的时空分布特征。在时间分布上呈“U”型结构,二氧化氮浓度呈现先降低后升高的变化趋势。1月份和12月份二氧化氮浓度最高,6月份浓度最低。在空间分布上,二氧化氮浓度高值区主要位于中部珠三角地区佛山市和广州市交界处,总体上从中部地区向四周,二氧化氮的浓度由高到低。
(4)为研究雷电对二氧化氮浓度的影响,选取2016年4月全省大范围飑线过程作为个例,从时间和空间尺度上对雷电与二氧化氮数据进行比对和相关性分析。研究表明,此次天气过程中,雷电次数和二氧化氮浓度的变化趋势一致,呈直线上升的趋势。雷电与二氧化氮浓度之间存在超前滞后相关性,当雷电次数峰值出现的16个小时后二氧化氮浓度达到峰值,在置信水平0.99上,两种数据的相关性是显著的。研究结果可为大气环境质量的准确预报和评价提供依据。
(5)广东省二氧化氮的空间分布情况是由气象条件和下垫面污染源共同作用的结果,可以通过发挥大气自然环境的作用、人工增雨降低二氧化氮浓度、结合气候条件合理进行区域规划、控制人类的二氧化氮排放源等控制二氧化氮浓度。