雷暴日

定义

气象行业标准把雷暴日界定为人工观测到有雷电的天数。统计时段为前一日20时到当日20时(北京时间),只要观测站在该时段内听到至少一声雷,这一天就记为1个雷暴日;判定依据是雷声,而非闪电的次数或雷暴维持多久^[1]。香港天文台的表述与此一致,即一日之内任何时候出现过雷暴,该日就算雷暴日^[4]。

按统计时段的长短,又可分为月雷暴日、季雷暴日和年雷暴日,分别表示相应时段内的雷暴天数^[5]。由于各年雷暴日数差异较大,实际多采用多年平均值,即年平均雷暴日^[6]。通过观测统计还能得到年或月平均雷暴日数、最高雷暴日数以及最早、最晚雷暴日等指标,用以反映一地雷电的一般规律^[3]。

原理

雷暴日是对雷电活动的间接度量:以人耳能否听到雷声作为当地有雷电发生的证据,与落雷次数、雷电流大小无关,因此一天之内无论雷暴长短,都只计一个雷暴日^[2]。受声波传播条件限制,人耳可闻雷声的距离大致在15至20公里,一个好台站的记录只代表以站点为中心一定范围的情况^[7]。

防雷计算中常用年平均雷暴日估算雷击大地的年平均密度。现行建筑物防雷设计标准规定,该密度首先按当地气象台站资料确定,缺少资料时可按线性关系取 $N_g = 0.1 T_d$,其中 $T_d$ 为年平均雷暴日,单位为天每年^[8]。此前的旧版规范使用的是非线性关系 $N_g = 0.024T_d^{1.3}$^[8]。

发展历程

雷暴日资料长期依靠人工观测获得,许多台站积累了几十年甚至上百年的连续记录,使这一指标成为少有的具备长时间序列的气象基础数据^[1]。

随着地面气象观测业务的调整,我国气象部门从2004年起建设国家雷电监测定位网,能够实时跟踪雷电的发生、发展与消散,并测定闪击的时间、位置、极性和电流强度,以自动探测手段逐步替代人耳听雷的记录方式^[9]。为规范由自动探测数据划定雷暴日的方法,气象行业标准提出了技术规则,并把这些基于雷电定位系统划定的日子命名为雷电日,以便与人工观测的雷暴日相区别^[1]。部分地方标准同样作出规定,把前一日20时至当日20时在国家级气象观测站听到至少一声雷的日期计为1个雷暴日^[10]。

应用

在雷电活动分区上,我国通常按年平均雷暴日的多少划分等级,小于15天的属少雷区,15至40天的属中雷区,41至90天的属多雷区,超过90天的属强雷区^[11]。不同文献给出的等级界限略有出入,部分资料把雷电活动的强烈程度另作划分^[6]。

在工程设计中,年平均雷暴日用于推算雷击大地年平均密度,再结合建筑物等效面积与校正系数得到年预计雷击次数,进而确定防雷类别^[8]。建筑物防雷设计规范还规定,在年平均雷暴日大于15天的地区,高度达到15米及以上的烟囱、水塔等孤立高耸建筑物必须采取防雷措施^[12]。

在行业选择上,建筑防雷更多关注雷暴日,而航空、航海、气象、通信等领域更关心年雷闪频数,即1000平方公里范围内一年发生的雷闪击次数,它与雷暴日呈线性关系^[11]。雷电气候特征研究、雷电灾害风险评估与区划、防雷装置检测等防雷减灾工作,也以雷暴日资料为基础^[1]。

局限

雷暴日只回答当天是否闻雷,无法体现一天中雷暴出现一次还是多次,也无法体现其持续时间,用作雷电活动强度的度量时存在明显不足^[5]。由雷暴日换算地闪密度同样有偏差,相关经验公式在不同版本规范中并不一致^[8]。

人工观测受观测员听力差异、地形障碍和城市背景噪声的干扰,单站记录的代表范围有限,难以完整反映一个行政区域的雷电活动^[7]。与自动探测相比,人工记录的数值明显偏低。以重庆为例,1951年至2009年人工观测的年平均雷暴日为37天,而1999年至2008年闪电定位系统得到的年平均雷电日多达96天^[7]。两类资料的统计口径因此需要另行换算后才能相互衔接^[1]。

参见

• 雷电日 —— 依据雷电定位系统划定、用于延续人工观测记录的同类指标。

• 闪电定位系统 —— 自动探测闪电时空与强度信息的系统,是当前获取雷电日数据的主要手段。

• 地闪密度 —— 单位面积、单位时间内的云地闪次数,常由雷暴日间接推算。

• 建筑物防雷设计规范 —— 以年平均雷暴日为输入参数计算雷击风险的工程设计标准。

• 雷电灾害风险评估 —— 把雷暴日等雷电参数用于灾害风险评价与区划的工作。