地形對雷電活動的影響(電涌保護器)
雷電活動的情況除了與地理緯度相關外,還要受到地形的影響。有些局部地方的雷電活動比所在地區的多得多。我國幅員遼闊,地形特別復雜,因此地形對我國雷電話動情況的影響既大而又復雜,具體可以用下面七種情況來說明。
(一)山脈的山峰和山結區(即山峰向四周仲展出數條山脈,宛如繩結的高山區),雷電活動較多。如祁連山的祁連(56.0天)和門源(67.8天)就比張掖(10.3天)和山丹(15.6天)的雷暴日數多大約5倍。唐古拉山的那曲(86.2 天)和索縣(91.8天)就比嘉黎(52.1天)的雷暴日數多近一倍。大雪山的馬爾康(68.7天)和阿壩(89.7天)就比小金(49.6天)和都江堰(38.6天)的雷暴日數幾乎多一倍。這是由于熱力作用產生的山谷環流(白天山谷風從山下匯向峰區)使峰區有較強的對流觸發機制。特別是在山結區,各山脊之間的谷風更盛,匯向山結區的上升運動更強,使山脈的山峰和山結區更有利于雷云的形成和發展,因此雷電活動也較多了。
(二) 山脈的迎風坡和背風坡都可能形成雷電,但迎風坡卻比背風坡更有利于雷電的形成。如唐古拉山、昆侖山、岡底斯山和橫斯山等系列山脈的南坡和西南坡,其雷暴日數就比北坡的多得多。青藏高原南坡的拉薩(72.4天)、日喀則(79.8天)、江孜(77.0天)和華坪(90.1天)就比北坡的格爾木(2.3天)和田(3.2天)、都蘭(8.2天)和珞木洪(3.2天)的雷暴日數多10-30倍。這主要是因為青藏高原南部夏天盛行從印度洋吹來的暖濕西南氣流,氣流遇到上述一系列山脈抬升,對流特別強烈,故雷電活動也就多了。
這里應注意:①以上所說的迎風坡和背風坡均是對大山系而言,對于孤立或很低(-般低于500m)的山,這種作用不明顯。如小興安嶺(平均海拔在500m以下)的周圍,雷暴日數都相差不多,沒有明顯的迎風坡與背風坡的差別。②迎風坡的方位在不同地點是不同的,如華中夏季受西南氣流影響,長江下游夏季偏東風,而重慶夏季則以偏北風為最多,故迎風坡不一定就是山脈的南坡或西南坡。
山脈的背風坡氣流一般是下沉的,不利于雷云的形成和發展,不過在一定條件下也可能形成雷電。如當有較強氣流橫越山脈時,在背風坡往往有重力波(由背風坡區冷空氣下沉的重力產生的波)產生,氣流愈強,該波的波長愈長,氣層愈不穩定,波的振幅也愈大。當波長發展到相當于雷暴單體的尺寸,日氣層又極不穩定時,背風坡的重力波下沉運動便可以發展成為雷電,此外,當冷空氣從較高山脈流入背風坡上空,面背風坡區內低層空氣又比較暖濕,也會加劇氣柱的不穩定而形成雷電。
(三)氣溫隨著海拔高度的增加而減小,山體的溫度總是高于周圍空氣的溫度,因此山區對流容易發展,但是山的陽坡氣溫總是否一定高于陰坡而造成較多的雷電,這需要看具體情況而定。如秦嶺在冬季由于阻礙了南下的冷空氣,因而隨著高度的增加南北坡的溫差較大。但是到了夏季,由于暖濕空氣的厚度較大、秦嶺對其阻礙的作用不大,再加太陽高度角增大,北坡受熱也相應增多,因此北坡反面比南坡暖和。不過,風速隨高度的增加而加大,水平熱交換加劇,故秦嶺夏季南北坡的溫差并不大,不足以造成陰陽坡雷電活動有顯著不同。
從雷暴日數分布圖看,大山系南坡比北坡的雷暴日數多,這主要是由于南北坡緯度相差大的結果。對于一般小范圍的山,陰坡與陽坡的雷電多少就沒有明顯差別了。如從本溪到草河口之間有摩天嶺,但本溪(33.7天)與草河口(32.4天),以及沈陽(26.9 天)和丹東(26.9天)的雷暴日數相差不多,海南島五指山南側的陵水(84.6天)甚至比北側的海口(104.3天) 的雷暴日數還小
(四)高度極高和面積特大的山脈對于雷電活動的影響也很復雜。當氣流遇到這些山脈時,大部分氣流翻山而過,繞過的部分不多,這樣使得垂直氣流分量增大,不穩定能量增加,有利于雷電的形成和發展。但是,山中常常存在著一些開口, 如溢道、河谷或谷口等,它們讓大部分氣流從中而過,這樣翻山氣流量減小,垂直對流減弱,又不利于雷電的形成和發展。但是氣流在從這些開口處快速通過時,又使得山中溢道、河谷或谷口等處較山脈其他地方更容易形成雷電。
我國北方的夏季冷鋒活動是產生雷電的主要天氣系統。當冷鋒遇到一系列平行山脈時,較稀溥的冷鋒就不會翻山而常發生彎曲,在山前靜止下來形成鋼囚鋒。若遇到山脈的開口,則會以較快的速度前進,從而有利于形成雷電,如北京市古北口(35.5天)的雷暴日數就比周圍地方的多,這就是由于燕山、軍都山等影響的結果。
注意氣流通過溢道、河谷成谷口的速度還與風向有關。當山中開口與風向一一致時、風速最大:當開口與風向相互垂直時,風速最小。當開口與風向的頭角B<45度 -30%時,開口愈狹窄,風速愈小:若B>45度,開口愈狹窄,風速愈小。這里水平氣流分量大而垂直氣流分量就不一定大了。因此山區的溢道、河谷或谷口也不一定就多雷電。
(五)雷暴天氣尺度和影響的范圍都比較大,除了高度較高和面積較大的山脈對雷電有明顯的作用外,一般在周圍環山的谷地或盆地中有多少雷電括動不好確定。從小氣候角度考慮,谷地或盆地中,風速小,亂流作用弱,白天在太陽照射下大幅度增溫,形成氣流從谷底沿山坡上升,使不穩定能量比同山地的其他地方(山峰、山結等除外)要大,有一定引雷作用。但是,在陰天和大風天氣情況下,這種作用就不明顯了。當然,谷地或盆地的這種作用大小還與其寬度、周圍山的高度及坡度等有關。
此外,在雷電發生的地方有雷云,然而雷云開始形成并不定馬上就產生放電,它還需要有一定電荷積累的過程,該過程的長短受當時大氣不穩定程度、上升氣流強弱以及含水然氣多少等的影響。由于山區地形復雜,使得大氣不穩定層結變化大,因此在山區容易形成雷云的地方并不一不定雷電活動就多。比如峨眉山(39.9天)、 華家嶺(25.2天)、西鋒鎮(25.6天)和華山(29.0天)海拔高度展然都很高,但雷暴日數并不多,有的其至比周圍地區的雷暴日數還少。
(六) 面向大水面的山坡上,由于水陸風(白天水面上潮濕氣流向陸地上流)的影響,當氣層不穩定時也有利于形成雷電,故雷電出現的概率比背水面的坡地多。如祁連山南面有青海湖,水汽條件較充沛,因此使得茶卡(27.2天)比背湖的張掖(10.3 天)的雷暴日數多近兩倍。
大水域(海、湖、寬廣的大江、大河)的沿岸地帶,由于常有海風、湖風、江風吹向陸地,并與陸地上空氣流輻合上升,成為對流觸發機制,使不穩定的能量增大,也有利于雷電的形成(但與內陸相比卻要差一些)。如浙江的四明山區,它東邊、北邊離東海和杭州灣不遠,夏李盛行風微弱的情況下,海風與金姚江谷風結合,造成四明山區不穩定能量增加,因而使得四明山區的雷暴日數較周圍地區偏多。
(七) 水面增溫比陸地慢,所以大水面不利于雷電的形成和發展,但水面小,且水與陸地錯綜分布的地區,由于水陸增溫快慢不同,造成各處溫度差別較大而引起對流。再因水汽充足,凝結高度和自由對流高度都較低,在氣柱不穩定時也可以發展對流,因而有利于雷電的形成。如太湖湖面較大,不利于形成雷電,但胡東側河灣期漢縱橫交錯,故蘇州、上海、 嘉興帶發生熱雷暴就比較頻繁了。
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