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Analysis of Characteristics of the Lightning around the Capsized “Oriental Star” Incident

DOI: 10.4236/oalib.1103801    317 Downloads   524 Views   Citations

ABSTRACT

For the study of characteristics of the lightning around the capsized “Oriental Star” incident, this paper analyzes the lightning space distribution in the surrounding, preliminary judging from characteristics of the lightning figure out the form of disastrous weather patterns. It is concluded that: the wreck accident happened in lightning highest frequency period, also most lightning frequency region, as well as the biggest negative rather than positive lightning current time bucket and region. The latest lightning is less than 300 m from the accident, leads to a higher possibility of damage to the ship communications equipment by lightning electromagnetic induction, which needs to further strengthen the safety precautions against ships during a thunderstorm.

1. 引言

湖北省年平均雷电日数为36 d,属中雷区,鄂西南、鄂东地区年平均雷电日数最多,属多雷区。2015年6月1~2日,湖北南部发生了一次强对流天气过程,瞬时极大风力达12~13级,1小时降雨量达94.4 mm,监利县1小时闪电达1865次,虽然持续时间不足2天,但强度之大确实罕见,给国家生产和人民的安全带来极大影响。重庆“东方之星”号客轮于1日21时32分在长江翻沉,地点在湖北省监利县长江大马洲水道(29.76189˚N, 112.92977˚E)。为研究这一强对流天气特征,许多专家学者进行了分析,汪小康 [1] 等对 2015 年 6 月 1 日 江汉平原大暴雨过程进行诊断分析,王晓芳 [2] 等对2015年6月1~2日长江流域灾害性天气灾情,汛情和雨情特征进行研究,郑永光 [3] 等对“东方之星”客轮翻沉事件周边区域风灾现场调查与多尺度特征分析,以上研究均没有对这一过程的闪电特征进行分析,虽然国内外没有关于闪电对沉船的影响分析,但闪电可能造成轮船的电子设备损坏。本文利用当时闪电数据和历年闪电资料进行分析,揭示了监利县闪电的时空特征,旨在通过这一过程的闪电特征,为雷电灾害调查提供分析依据。

2. 资料来源于统计方法

数据来源湖北省三维闪电定位系统,采用2015年6月1~2日湖北省监测到的闪电(包括云间闪、云地闪)资料,统计分析正、负闪电次数及其所占闪电总数的百分比;云间闪、云地闪次数及其占闪电总数的百分比;按照间隔10 kA一个区间,把闪电强度≤200 kA 的闪电按照0~10 kA、10~20 kA, …, 180~ 190 kA、190~200 kA(含左区间)进行统计,分别统计各闪电强度段内的闪电次数及占其闪电总数的百分比。在进行闪电的时间统计时,按照整点时段如0~1时、1~2时, …, 22~23时、23~24时(北京时间,含左区间)统计每小时内闪电次数滤除了电流大于300 kA的数据。用2天的日平均闪电次数与监利县面积(km2)之比得出该地区日平均闪电密度(次/km2∙d)。

3. 闪电实况

本次天气过程全省第1次闪电发生在荆州石首市,时间为 6 月 1 日 00:00:00,最后1次闪电发生在咸宁的通城县,时间为 6 月 2 日 23:48:16,湖北省共发生了15255次闪电,其中正闪电1919次,负闪电13336次,负闪占全省总闪电的87.4%,云闪4186次,云地闪11062次,云地闪占全省总闪电的72.5%,最大正闪电流267.952(陡度131.9),最大负闪电流283.591(陡度181.5)。此过程监利县共发生了5089次闪电,其中正闪电445次,负闪电4644次,负闪占全县总闪电的91.3%,云闪1246次,云地闪3843次,云地闪占全县总闪电的75.5%,最大正闪电流237.973(陡度145.1),最大负闪电流283.591(陡度181.5)。

4. 闪电时间分布特征

从全湖北省逐小时闪电(见图1)可知,该过程闪电频次的时间分布特征比较明显,最大值出现在21~22时,全省1小时闪电达2812次,监利县1小时闪电达1866次,占全省的66.4%,沉船事故点5 km范围内1小时闪电达183次。从闪电时间变化曲线看,从20时后闪电开始增加,22时闪电达到最大值后开始减少。2日0时后全省基本维持在500~1200次/小时,到7时后逐渐消失,监利县在2日4时后闪电基本消失,沉船事故地点5 km范围内20~21时有10次闪电,21~22时有183次闪电,2日0~1时和1~2时各6次闪电,其他时段没有闪电发生。闪电次数增多与对流性加强呈正相关 [4] ,这说明湖北省从1日20时开始,对流性雷电天气呈明显的上升趋势,22时开始减弱,到2日上午7时后对流性雷电天气基本消失,强对流性雷电天气主要集中在1日20时至2日7时,监利县主要集中在1日20时~24时,最大出现在21

图1. 2015年6月1~2日湖北、监利县闪电时间分布图

时~22时,与沉船时间相吻合。从闪电实际分析发现,在20时39分27秒前有16次正闪和1次负闪,间隔7分钟之后有90次负闪和9次正闪,说明这次强闪电由正闪为主转为负闪为主,之后发生强烈的闪电过程。

5. 闪电地域分布特征

从图2可以看出,全湖北省除鄂西北外全省均有闪电发生,但主要集中在江汉平原南部地区,其中洪湖市1227次、赤壁市1788次、崇阳县1200次、华容县1662次、临湘市2643次、岳阳市区2371次、岳阳县1608次,仅监利县闪电5089次占全省总闪电数的33.4%,2天最大闪电密度位于监利县达2.918次/km2∙d,1日20~22时沉船事故地点5 km范围内有闪电193次,1 km范围内有闪电9次,均为负闪,其中云闪3次,云地闪6次,从图3可以看出,离沉船事故地点闪电较多,经计算最近距离一次闪电为263 m,发生在21时26分09秒,闪电强度为−45.374 kA的云地闪,由于闪电设备水平误差小于300 m(站网内),高度小于500 m(站网内),轮船遭受雷击或船上通讯设备受雷击电磁感应而损坏的可能性很大。

该过程前后2天全湖北省闪电很少,分别为15次和52次,也分散在全省各地局部地区,说明强对流性雷电天气过程是6月1日在该区域形成或加强,经过2小时达到最强,然后在该区域减弱逐渐消失,整个强对流性雷电天气过程位置变化不大,中心处于监利、洪湖、赤壁、崇阳、湖南岳阳之间的交叉区域,该区域闪电数量约20000次。这一过程虽然是当时切变线上的低涡、低压倒槽等大气环流因子造成,但在该特殊地形影响下得到加强 [5] 。该区域地处江汉平原南部与东部山区交接过渡地带,加之南有鄱阳湖,北有洪湖,又有长江水系交错,土壤电阻率较低,这种特殊地形的影响,有利于云地间闪电的发生,也就是说在特殊地形影响下局部雷电天气较多,且每次雷电天气发生时强度大、持续时间较短 [6] 。

6. 雷电流强度分布特征

从闪电强度分布图(图4)可知,全省0~100 kA闪电有14837次,占97.3%,10~40 kA闪电有10211次,占66.9%,也就是说全省闪电主要集中在100 kA以下,一半以上是10~40 kA的闪电。监利县10~100 kA闪电有4963次,占97.5%,10~40 kA闪电有3800次,占74.7%,说明监利县闪电主要集中在10

图2. 2015年6月1~2日湖北闪电分布。(红色为正闪,蓝色为负闪)

图3. 2015年6月1~2日事故点闪电三维分布。(黄色为云闪,红色为云地闪)

图4. 湖北省、监利县6月1~2日闪电强度分布图

~100 kA之间,一大半以上是10~40 kA的闪电,闪电电流更加集中,10~20 kA闪电最多。因此,在雷电防护规划方面应重点加强对此强度范围内的闪电的防范和应对。

根据资料统计,这一过程全湖北省共有31次200 kA以上电流的闪电,其中有16次发生在该区域,全省最大的7次负闪中有6次均发生在监利县,时间主要在21时前后,说明这次强闪电有一半集中在该区域;在监利县闪电记录中,100 kA以上电流的闪电有99次,时间集中在19时42分到次日2时12分这个时段。

7. 结论与讨论

2015年6月1~2日湖北省、监利县等地闪电资料统计表明:

1) 湖北省负闪电占全省总闪电的87.4%,云地闪电占全省总闪电的72.5%,监利县负闪电占全县总闪电的91.3%,云地闪占全县总闪电的75.5%。

2) 湖北省和监利县闪电频次在20时后明显增加,经2个时达到最高值后开始减少,再经过2时后进入相对平稳波动时段,一直维持近7个小时后逐渐消失,强对流天气持续4小时,时间特征明显。

3) 闪电主要集中在监利、洪湖、赤壁、崇阳、湖南岳阳之间的交叉区域,沉船事故地点5 km范围内2小时闪电193次, 1 公里 范围内2小时闪电9次,最近距离一次闪电为263 m。

4) 闪电强度在30 kA以下,闪电频次随其强度的增加而迅速增加,闪电频次在20~30 kA 时达最大值, 30 kA以上时,闪电频次随其强度的减少而逐渐减少,要加强对20~30 kA强度范围闪电的防范。

5) 在监利县100 kA以上电流的闪电中,占94%的连续正闪转变到连续占91%负闪现象,可能是高频次闪电来临的前兆。

这次沉船事故发生在闪电频次最高时间段,也是闪电频次最多的地域,也是负闪电电流最大的时间段和区域,但不是发生最强正闪电电流的时间段和地域,这次闪电过程10~40 kA的闪电占74.7%,最近的一次闪电距离事故地不足300 m,轮船遭受雷击或船上通讯设备受雷击电磁感应而损坏的可能性很大,需要进一步加强雷雨天气轮船安全防范。

Conflicts of Interest

The authors declare no conflicts of interest.

Cite this paper

Li, G. , Li, J. , Li, X. and Pi, Y. (2017) Analysis of Characteristics of the Lightning around the Capsized “Oriental Star” Incident. Open Access Library Journal, 4, 1-5. doi: 10.4236/oalib.1103801.

References

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[2] 王晓芳, 徐明, 王婧羽, 等. 2015年6月1-2日长江流域灾害性天气灾情, 汛情和雨情特征[J]. 暴雨灾害, 2015, 34(2): 177-183.
[3] 郑永光, 田付友, 孟智勇, 等. “东方之星”客轮翻沉事件周边区域风灾现场调查与多尺度特征分析[J]. 气象, 2016, 42(1): 1-13.
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