玉屏縣50 a雷暴氣候特征分析

楊文雄，陳 軍，易 丁

(1.貴州省玉屏侗族自治縣氣象局，貴州 玉屏 554000;2.貴州省銅仁市氣象局，貴州 銅仁 554300;3.貴州省氣象信息中心，貴州 貴陽 550002)

1 引言

雷暴是一種局地性強對流天氣，雷暴引發(fā)的災害是嚴重的氣象災害之一，常常造成人畜雷擊傷亡、毀壞建筑物、電力和通信設施、釀成森林火災等。雷電災害已成為聯(lián)合國公布的10種最嚴重的自然災害之一。隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，尤其是現(xiàn)代化電氣設備的廣泛應用，各行各業(yè)遭受雷暴災害的頻率越來越高，經(jīng)濟損失日益加大，防雷減災越來越成為社會各界關注的課題。鑒于防雷等級的劃分、雷擊風險評估和雷電災害的綜合防護，均要先了解當?shù)啬昶骄妆┤諗?shù)的變化特征，本文利用1961—2010年玉屏國家氣象站的逐日雷暴觀測資料，采用最小二乘法對年雷暴日數(shù)進行線性模擬，結合5 a滑動平均和累計距平方法，分析玉屏地區(qū)雷暴的時空分布特征，揭示雷暴的氣候變化特征，為玉屏縣的雷電預警預報和防雷減災、防雷裝置防護工作提供參考依據(jù)。

2 資料及方法

本文所使用資料為玉屏國家氣象站1961年1月—2010年12月雷暴日數(shù)，雷暴初日、終日和雷暴初終間日數(shù)等資料進行統(tǒng)計，在觀測簿上只記錄閃電而無雷暴記錄的不作雷暴統(tǒng)計，一日之內(nèi)發(fā)生數(shù)次雷暴只統(tǒng)計為一個雷暴日。采用最小二乘法對年雷暴日數(shù)進行趨勢傾向模擬。

3 玉屏雷暴活動的時空分布特征

3.1 雷暴初日、終日及初終間日數(shù)的氣候特征

雷暴出現(xiàn)的初、終日期是很重要的氣候指標，雷暴的初、終日對防雷檢測和雷電預測預警具有重要意義。按地面氣象觀測規(guī)范［4］雷暴的初、終日期挑選，以當年(1月1日—12月31日)最早出現(xiàn)的日期為初日，最晚出現(xiàn)的日期為終日。統(tǒng)計玉屏縣1961—2010年各年代際的雷暴初日的平均日期、最早日期、最晚日期，雷暴終日的平均日期、最早日期、最晚日期，雷暴初終間日數(shù)的平均天數(shù)如表1。由表1可以看出:玉屏縣50 a雷暴初日平均日期為2月5日，最早日期為2001年1月1日，最晚日期為1971年3月29日;雷暴終日平均日期為10月28日，最早日期為2001年8月22日，最晚日期為2009年12月27日，雷暴初終間日數(shù)平均為263 d，最長為1993年的343 d，最短為1999年的173 d。

表1 玉屏縣雷暴初、終日的年代際變化

從玉屏縣雷暴初、終日年代際變化圖1中，可以看出玉屏縣雷暴初日在20世紀80年代、2000年代較多年平均開始日期偏早，70年代、90年代較多年平均開始日期偏晚，從多年趨勢來看，雷暴初日有提早趨勢;而雷暴終日在20世紀80年代、90年代較多年平均結束日期偏早，60年代、2000年代較多年平均結束日期偏晚;從多年趨勢變化來看，雷暴終日呈現(xiàn)一個波動變化態(tài)勢，在20世紀60—80年代間呈現(xiàn)一個提早結束的變化，而從90年代后又呈現(xiàn)偏晚發(fā)展態(tài)勢。2000年代后雷暴平均持續(xù)天數(shù)呈增多趨勢。

圖1 玉屏縣雷暴初、終日年代際變化圖

2.2 年雷暴日數(shù)的氣候特征及突變分析

2.2.1 年雷暴日數(shù)氣候變化特征分析 用線性傾向的最小二乘法估計年雷暴日數(shù)的變化趨勢，t為年際變化，f(t)為年雷暴日數(shù)逐年變化值，建立線性傾向方程為:

結果表明，近50 a以來，玉屏縣年雷暴日數(shù)總體上呈減少趨勢，歷年平均雷暴日數(shù)達47 d，每10 a平均減少2 d，降幅達到4.3%。

圖2 玉屏縣50 a雷暴變化趨勢曲線

2.2.2 年雷暴日數(shù)的氣候突變分析 突變分析可以反映氣象要素變化過程中存在的某種不連續(xù)現(xiàn)象［5］，常用氣象要素累積距平曲線來表示，即使用指標:

式中xi為降水量歷年值降水量多年平均氣候值。通過對氣象要素的累計距平曲線的演變，來判斷突變的時段。若某年中累計距平絕對值達到最大時，對應的t可能為突變年份。

為了檢驗轉折是否達到氣候突變的標準，可以采用信噪比S/n的方法來檢驗突變分析結果。計算公式如下:

式中，x1、x2和s1、s2分別為轉折年份前后兩階段降水量的平均值和標準差。文獻［2］規(guī)定 s/n＞1.0時，可以認為該氣象要素在這個年份存在氣候突變，否則不明顯。

從玉屏縣50 a雷暴日數(shù)累計距平曲線圖3中，可以得到1985年累計距平的絕對值最大，由此判定1985年為玉屏地區(qū)年雷暴日數(shù)出現(xiàn)轉折的年份。同時可以明顯看出，20世紀60年代、70—80年代年雷暴日數(shù)呈增加趨勢，90—00年代，年雷暴日數(shù)呈減少趨勢。

根據(jù)累計距平方法得到了年雷暴日數(shù)的出現(xiàn)次數(shù)在50 a中存在由多發(fā)到少發(fā)的轉折，1985年為轉折點，即在1985年以后年平均雷暴日數(shù)大部分年份都小于多年平均雷暴日數(shù)。但不能說明這個轉折就是突變。通過采用公式(2)計算轉折年前后10 a雷暴日數(shù)的平均值、標準差、信噪比如表2，累計距平絕對最大值前后10 a的信噪比為0.78，S/N＜1.0，可以認為年雷暴日數(shù)在1985年突變不顯著，我們進一步通過方差的顯著性檢驗來說明1985年前后兩個氣候狀態(tài)是否有顯著差別。由

圖3 玉屏縣50 a雷暴日數(shù)累計距平曲線

遵從分子自由度n1－1，分母自由度n2－1的F分布。在給定的顯著水平α下，如果F＞F(n1－1，n2－1，α)，則表明兩個氣候狀態(tài)的差異是顯著的，反之，則表明它們的差異不明顯［7］。計算 F=1.52，給定 α =0.05 查得 f(n1－1，n2－1，0.05)=3.18，F(xiàn) ＜F(n1－1，n2－1，0.05)，表明 1985 年前后兩段氣候狀態(tài)差異不明顯，即年雷暴日數(shù)在1985年氣候突變不顯著。

表2 年雷暴日數(shù)分段平均值、標準差及信噪比

2.3 月、季雷暴日數(shù)的分布

雷電產(chǎn)生于中尺度對流天氣系統(tǒng)，具有明顯的局地性和時效性特征，其空間分布受盛行氣流、天氣系統(tǒng)、地形和下墊面性質(zhì)等多種因素影響。從玉屏縣50 a月平均雷暴日數(shù)圖4中，可以看到:玉屏縣雷暴天氣全年均有發(fā)生，年內(nèi)呈雙峰型分布，峰值出現(xiàn)在7—8月，平均達8.5 d以上，次大值出現(xiàn)在4月，平均達7.6 d，出現(xiàn)最少的月份是11月和12月，平均只有0.5 d和0.3 d;夏季因副熱帶高壓邊緣及局地增熱對流強烈的影響，是雷暴天氣多發(fā)季節(jié)，雷暴日數(shù)占全年的47%，春季因南北氣團交替，是雷暴天氣次多發(fā)季節(jié)，占雷暴日數(shù)38%，秋、冬季雷暴天氣占8%和7%。

2.4 雷暴的日活動規(guī)律分析

圖4 玉屏縣50 a月平均雷暴日數(shù)

由于玉屏國家一般氣象站夜間不守班，故將時間分段為夜間、08—10時、10—12時、12—14時、14—16時、16—18時、18—20時共7個時間段。一天當中，以雷暴最早出現(xiàn)在某一時間段為統(tǒng)計時次，但對前一日延續(xù)到當日夜間的雷暴，當日夜間不作統(tǒng)計，當日夜間延續(xù)至08時后的雷暴也不作下一時間段統(tǒng)計。統(tǒng)計玉屏國家一般氣象站1961—2010年逐日雷暴開始出現(xiàn)的時間，全部出現(xiàn)次數(shù)為2 269次，從玉屏縣歷年各時段雷暴出現(xiàn)概率統(tǒng)計情況可以得到，玉屏縣雷暴出現(xiàn)的高峰時段12—18時，以14—16時出現(xiàn)概率為最大，占全部出現(xiàn)次的26%。根據(jù)實際觀測經(jīng)驗，夜間雷暴以20—21時和04時以后出現(xiàn)較多。更值得關注的是，冬春季節(jié)，夜間出現(xiàn)雷暴次數(shù)占80%以上，夏季主要以12—21時出現(xiàn)為最多。

3 結論

①玉屏縣近50 a來年雷暴日數(shù)總體上呈減少趨勢，歷年平均雷暴日數(shù)47 d，每10 a平均減少2 d，降幅達到4.3%;1985年為年雷暴日數(shù)出現(xiàn)轉折的年份，但突變分析不顯著。

②雷暴天氣在全年均有發(fā)生，年內(nèi)呈雙峰型分布，峰值出現(xiàn)在7—8月，平均8.5 d和8.6 d，次大值出現(xiàn)在4月，平均7.6 d;夏季是雷暴天氣多發(fā)季節(jié)，雷暴日數(shù)占全年的47%，春季是雷暴天氣次多發(fā)季節(jié)，占雷暴日數(shù)38%，秋、冬季雷暴天氣占8%和7%。

③一日中雷暴出現(xiàn)的高峰時段為12—18時，以14—16時出現(xiàn)概率為最大，占26%。

④50 a來雷暴初日平均為2月5日，雷暴終日平均為10月28日，雷暴初終間日數(shù)平均為263 d。雷暴初日有提早趨勢，終日有波動變化趨勢，2000年代后雷暴平均持續(xù)天數(shù)呈增多趨勢。

［1］吳麗華，楊明，楊文雄.玉屏縣51 a降水事件變化趨勢及突變分析［J］. 貴州氣象，2010，34(增刊):141.

［2］閔晶晶，曹曉鐘，段宇飛，等.近30 a京津冀地區(qū)冰雹的氣候特征和突變分析［J］. 氣象，2012，38(2).