引言

闪电是伴随雷暴天气出现的一种瞬时高电压、大电流、强电磁辐射的灾害性天气现象，常造成严重经济损失^[1]。随着社会经济和电子信息技术高速发展，雷电灾害已经成为最严重的10种自然灾害之一，造成的损失和危害程度显著加剧，对社会影响越来越大^[2-3]。雷暴云对地放电常存在多次回击^[4-6]，当雷暴云中某一电荷密集处的电场强度达到空气击穿场强时，会产生强烈放电现象，并形成先导放电通道，首次回击结束后，仍会有一定数量的电荷开始新的放电过程。以往有人利用不同观测资料对闪电特征参数作了一些有益探索。余海等^[7]利用闪电VHF窄带干涉仪辐射源定位系统和高速摄像系统，分析了多回击负闪电先导通道的辐射和光学特征。李俊等^[8]通过多回击闪电高速摄像记录，探讨了其先导、回击、连续电流和M分量的发生过程和物理特征。张阳等^[9]利用闪电定位资料和电场快慢变化资料，分析了北京地区正闪电的时间分布规律和波形特征。郑栋等^[10]利用M-LDARS闪电定位系统获得的北京及其周边地区的闪电观测数据，分析了闪电活动的时空分布特征。同时，还有人对多回击闪电物理特征作了一些统计分析。李京校等^[11]利用SAFIR资料分析了北京及周边地区闪电参数特征，选取其中60次闪电过程，研究了多回击闪电的分布比例、电流强度、回击间隔时间、回击辐射场等特征参数。张伟伟等^[12]分析北京地区闪电物理特征得到单次回击闪电的比例为45%，平均闪电回击数为3次，观测到的最大回击数为15次。国外，针对多回击闪电特征，也有人做过一些统计分析工作。Corray等^[13]研究了瑞典地区多回击间隔特征，选取271次闪电过程进行统计，得到回击间隔的算术平均值为65 ms、几何平均值为48 ms。Janischewsky等^[14]分析了安装在多伦多国家电视塔上的摄像机记录的闪电数据，得到该地区平均回击次数、持续时间中值分别为2.4次和480 ms，单次回击比例为44.5%。相比单回击闪电，多回击闪电蕴含的能量更大、作用时间更长，对电力和电子设备更易造成损害。文献[15]指出，多回击闪电对目标物作用时间较长、破坏性更大。上述研究中，由于选取的闪电个例较少，以及研究样本时间跨度较短，缺少对较大区域、较长时间跨度的多回击闪电特征的研究。本文选取福建省2013—2015年ADTD闪电定位资料，根据多回击闪电特征，建立多回击闪电判别指标，对闪电资料进行回击归并处理，重点分析了该时段福建省多回击闪电的分布规律与特征参数，以期为雷电成灾机制分析、雷灾防御等提供有参考价值的技术指标。

1 资料与方法 1.1 资料与处理

本文所使用资料为2013—2015年福建省ADTD闪电定位系统监测数据，这些数据包括闪电的发生时间、经度、纬度以及雷电流峰值、陡度和极性等。福建省ADTD闪电定位系统由10个监测站组成(图 1)，其探测效率在监测网内达90%，网内探测精度优于500 m，回击的时间分辨率为1 ms左右。本文中所称的闪电均指地闪。

由于福建省闪电定位系统布网时间较早，在闪电定位探测原始数据的“定位方式”中存在不少2站定位方式的数据，由闪电定位仪的探测原理和近年来一些比对分析可知，3个及以上站数才可探测得到比较精确的定位数据。李家启等^[16]研究ADTD闪电监测数据发现，剔除5 kA以下的闪电数据，既能反映闪电定位仪的工作原理(可能存在误探现象)，也能客观反映设备升级优化后取得的效果。为了提高闪电定位数据的准确率和质量，本文对探测数据中定位站数小于3站的原始数据予以剔除^[17]，同时剔除电流强度绝对值小于5 kA的闪电数据，经过处理得到2013—2015年福建省回击闪电次数共735 411次。

1.2 判据指标

根据ADTD闪电定位系统原始数据的特点和相关研究成果^[18]，本文处理多回击闪电的判据指标有4项: (1)持续时间，后续回击与首次回击的时间间隔不大于1.0 s；(2)回击间隔，相邻回击的间隔时间大于1 ms且小于或等于500 ms；(3)位置距离，后续回击与首次回击的击地点间距不大于10.0 km；(4)电流极性，后续回击与首次回击的电流极性均相同。

1.3 回击归并

闪电在对地放电过程中都有1次或多次回击^{[12, 19]}，只有1次回击的称单回击闪电，含有2次或以上的回击闪电称为多回击闪电。由于ADTD闪电定位系统在监测结果中没有区分多回击或单回击，为了研究多回击闪电的相关特性，采取1.1节中的处理方法对2013—2015年福建省闪电定位资料进行质量控制，并将其按时间顺序排列，再根据1.2节中的4个判据指标，对满足上述条件的回击归并为多回击闪电，否则，归为单回击闪电。

2 福建省多回击闪电的相关特征 2.1 回击次数

按照上述多回击判据指标和回击归并处理方法，对福建省2013—2015年ADTD闪电数据进行归并分析，不同回击数所对应的闪电数目及其对应的百分比分布见表 1。

从表 1中看到，此时段福建省一共发生493 685次闪电过程，其中，单回击闪电342 729次，多回击闪电150 956次；在单回击闪电中，正极性单回击闪电26 207次，负极性单回击闪电316 522次，正、负单回击闪电所占百分比为8.28%；在多回击闪电中，负极性闪电150 488次，正极性闪电468次，正、负多回击闪电所占百分比仅0.03%，远低于单回击正、负闪百分比值，这表明正极性多回击闪电比例很低，负极性闪电更易形成多回击过程。一次多回击闪电最多包含12次回击，平均每次闪电包括回击次数为1.49次，本研究结果与李京校等^[11]对北京及周边地区的闪电平均包含回击次数(1.57次)的统计结果较为接近。福建省负极性多回击闪电平均包含回击数1.52次，一次负极性多回击闪电最多包含12次回击，正极性多回击闪电平均包含回击数1.02次，一次正极性多回击闪电最多仅包含4次回击。究其原因，这可能是由于正闪电回击电流强度较大，释放了更多电荷能量，导致其回击数量偏少。福建省多回击闪电占比为30.58%，与李京校等^[11]利用SAFIR监测系统对北京及其周边地区统计的多回击比例为31.20%的统计值较为接近。不同极性类型的闪电其多回击占比差别很大，负闪电多回击占比为32.22%，正闪电多回击比例仅占1.75%，从总闪电回击数分布看，3次以下回击闪电占绝大多数。

2.2 强度分布

回击电流强度是表征多回击闪电强度的重要参数之一。统计福建省2013—2015年多回击闪电的电流强度参数得到，负极性多回击闪电的最大电流强度为103.70 kA，平均电流强度为10.09 kA，正极性多回击闪电的最大电流强度为163.13 kA，平均电流强度为35.72 kA。李京校等^[11]对京津冀地区闪电参数的统计表明，正闪电平均电流强度为33.43 kA，负闪电平均电流强度为29.57 kA。本文统计结果与之相比，正闪电流强度值较接近，负闪电流强度值差异较大。图 2给出福建省不同电流强度下正负极性多回击闪电次数分布累计百分率。

从图 2中可见，负极性多回击闪电中其电流强度在10 kA以下的次数最多，比例超过60%，且超过95%的电流强度小于20 kA，从10 kA到110 kA的负闪次数分布依次减少。正极性多回击闪电中其电流强度在10 kA以下的次数占比为0.73%，10~20 kA的次数分布最多，比例为26.42%，10~50 kA的次数分布比例超过78%，电流强度从20 kA到120 kA其次数分布依次减少，其中电流强度超过120 kA的次数只有5次。

表 2列出多回击闪电的首次回击、继后回击平均电流强度和最大电流强度的统计值。从中看到，正极性多回击闪电的首次回击和继后回击平均电流强度分别为45.03 kA和26.81 kA，负极性多回击闪电的首次回击和继后回击平均电流强度分别为-11.52 kA和-9.23 kA。由此可知，首次回击的电流强度多数大于继后回击的电流强度。对于正极性多回击闪电，继后回击与首次回击的平均电流强度比值及其最大强度比值分别为0.60和0.91，对于负极性多回击闪电，继后回击与首次回击的平均电流强度比值及其最大强度比值分别为0.80和0.93。张伟伟等^[12]比较分析北京地区观测的多回击闪电发现，继后回击与首次回击的平均强度比值为0.65。相对于北京地区，福建省多回击闪电的继后回击平均电流强度与首次回击平均电流强度比值有一些差异，这可能与样本数量和区域气候环境差异有关，其具体原因有待进一步研究。

2.3 间隔时间分布

为了研究福建省多回击闪电相邻两次回击间隔时间(以下简称回击间隔)的概率分布，本文以30 ms为间隔，统计所有样本数据的回击间隔。图 3为2013— 2015年福建省不同回击间隔的多回击闪电的频次与累计百分率分布图。从中看到，回击间隔分布呈准正态分布，回击闪电发生频率最高的间隔时间为60~90 ms区段，而间隔时间在60~120 ms之间的回击闪电约占60%。多回击闪电回击间隔算术平均值为135.36 ms。为便于比较，表 3（见下页）给出福建省与国内外其他地区多回击闪电的回击间隔算术平均值比较，表中列出京津冀地区^[11]、瑞典地区^[13]、美国Florida地区^[20]的多回击间隔特征统计值，从中看到，上述文献中的统计值与本研究的统计值存在一定差异。究其原因，一是本文统计分析的地域范围较大、时间跨度较长，数据样本量大；二是可能因地理、气候环境的差异所致。

2.4 多回击闪电次数的时间分布

对多回击闪电次数按月份统计，其结果见图 4。从中看到，1月份，正、负极性多回击闪电过程均未发生，10—12月多回击闪电次数处于低谷，正、负极性多回击闪电次数的峰值表现出一定差异，其中，正极性多回击闪电次数在5月份出现峰值，负极性多回击闪电次数峰值则出现在8月份，8月份也是多回击闪电次数最多的月份，7月份正、负极性多回击闪电次数相对6月和8月的次数均偏低，这是否与本地区7月份主要受副热带高压系统控制有关，尚需进一步研究。5—9月多回击闪电次数持续偏高，此期间福建省强对流天气发生频繁，也是雷暴活动频发期，可见多回击闪电次数的月变化特性应该与雷暴云动力、微物理、电荷结构及雷暴发生环境关系密切。

图 5给出2013—2015年福建省多回击闪电次数的日变化。从中看出，正、负极性多回击闪电次数日变化分布趋势相似，从凌晨到上午11时左右为多回击闪电的少发时段，正、负极性多回击闪电次数占比较小，午后到上半夜多回击闪电次数相对较多，这一结果与郑淋淋等^[21]对我国雷暴日变化特征研究得到的相关结论基本吻合，即正、负极性多回击闪电次数占比较高。一日之中正、负多回击闪电次数峰值并不完全对应，午后时段其次数均为多，负极性多回击闪电次数在16时最多，而正极性多回击闪电次数则在17时最多，两者存在1 h的时间差异。

3 结论与讨论

本文选取福建省2013—2015年ADTD闪电定位资料，根据多回击闪电特征，参照文献[18]中多回击闪电判别指标，对闪电资料进行回击归并处理，重点分析同期福建多回击闪电分布规律与特征参数。主要得到如下结论：

(1) 福建省多回击闪电占比30.58%，闪电过程平均包括回击次数为1.49次，其中负极性多回击平均包含回击1.52次，一次负极性多回击闪电过程最多包含12次回击；正极性多回击闪电过程平均包含回击1.02次，一次正极性多回击闪电过程最多包含4次回击。

(2) 负极性多回击平均电流强度为10.09 kA，最大电流强度为103.70 kA，超过95%的回击其电流强度小于20 kA；正极性多回击平均电流强度为35.72 kA，最大电流强度为163.13 kA，电流强度为10~50 kA的回击次数占比超过78%；正极性多回击闪电首次回击和继后回击的平均电流强度分别为45.03 kA和26.81 kA，最大电流强度分别为163.13kA和149.21 kA；负极性多回击闪电首次回击和继后回击的平均电流强度分别为-11.52 kA和-9.23 kA，最大电流强度分别为-103.71 kA和-96.12 kA，首次回击的电流强度多数大于继后回击的电流强度。

(3) 回击间隔时间分布呈准正态分布特征，其中间隔时间在60~90 ms之间的回击次数最多，其间隔时间的算术平均值为135.36 ms。

(4) 福建省多回击闪电次数月变化显示，5—9月是多回击闪电的高发期，正极性多回击闪电次数5月份最多，负极性多回击闪电次数8月份最多，8月份也是多回击闪电次数最多的月份，7月份正、负极性多回击闪电次数相比其前后一个月均较低；其日变化显示，正、负多回击闪电次数峰值时段并不完全对应，午后其次数均较多，负极性多回击闪电次数峰值出现在16时，而正极性多回击闪电次数峰值则出现在17时，凌晨到上午为闪电次数相对较少期，正、负极性多回击闪电比例较小。

与国内外其他地区对比分析表明，福建多回击闪电特征与之较为接近，这意味着本文参照文献[18]提出的多回击闪电判据适合福建省多回击闪电归并；但回击间隔时间与其他地区存在一定差异，这可能与研究样本数量和地理环境不同有关。曾金全等^[22]曾通过选取回击雷电流幅值和陡度2个参数作为闪电强度的评价指标，将闪电强度划分为四个等级。在此基础上，考虑到多回击闪电由于其对目标物的作用时间较长、破坏性大，下一步将建立数学模型对多回击闪电综合强度进行量化并合理分级，期望为今后做好防雷装置布设和雷电灾害调查分析等提供一定的技术支撑。