黑龍江省雷暴日氣候特征分析

康恒元，李百超

（1.黑龍江省雷電災(zāi)害預(yù)警防護(hù)中心，黑龍江 哈爾濱150030；2.黑龍江省氣象局，黑龍江 哈爾濱150001）

1 引言

雷暴是發(fā)生在積雨云中的放電、雷鳴現(xiàn)象，是一種強(qiáng)烈對(duì)流性天氣，它出現(xiàn)時(shí)常伴有狂風(fēng)、暴雨、冰雹天氣現(xiàn)象，是一種危害性極大的自然災(zāi)害，造成人畜雷擊死亡，毀壞建筑物，引發(fā)森林火災(zāi)或毀壞電力設(shè)備、電信設(shè)施等，給人民生命、財(cái)產(chǎn)造成嚴(yán)重威脅和損失[1-3]。 雷電災(zāi)害已被聯(lián)合國(guó)有關(guān)部門(mén)列為最嚴(yán)重的十種自然災(zāi)害之一，被中國(guó)電工委員會(huì)稱(chēng)為“電子時(shí)代的一大公害”。 隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)、信息技術(shù)，特別是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展迅速， 城市高層建筑日益增多，雷暴災(zāi)害造成的損失也越來(lái)越大[4]。

近年來(lái)，許多學(xué)者對(duì)各地雷電進(jìn)行了研究，鄭淋淋等[5]利用1980-2008年全國(guó)517 個(gè)常規(guī)氣象站的觀(guān)測(cè)資料分析了中國(guó)雷暴的日變化特征及其可能的原因；張敏鋒等[6]采用EOF 和主值函數(shù)分析方法，將我國(guó)平均年雷暴日空間分布進(jìn)行分區(qū)， 并對(duì)雷暴頻數(shù)變化做出分析；劉梅等[7]用江蘇省74 個(gè)站57 a 雷暴資料，分析了江蘇省雷暴日的時(shí)空分布特征。 在張敏鋒等[6]的研究中指出我國(guó)大部分地區(qū)（除東北地區(qū)外）平均雷暴頻數(shù)在波動(dòng)中減少（此文所分析的30 a是1961-1990年），陳紅等[8]的分析指出1971-2000年，黑龍江省的年平均雷暴日數(shù)在波動(dòng)中減少。 本文利用黑龍江省1961-2010年的地面氣象觀(guān)測(cè)記錄，對(duì)50 a 間黑龍江省雷暴日數(shù)的時(shí)、空分布、變化趨勢(shì)和氣候傾向率進(jìn)行分析，為黑龍江省雷電防御、防災(zāi)減災(zāi)提供科學(xué)參考和最新數(shù)據(jù)支撐。

2 數(shù)據(jù)和方法

資料來(lái)源于黑龍江省地面氣象觀(guān)測(cè)網(wǎng)觀(guān)測(cè)日地面氣象觀(guān)測(cè)資料。 根據(jù)建站時(shí)間和資料連續(xù)性，選取了省內(nèi)62 個(gè)氣象臺(tái)站1961-2010年地面氣象資料，選擇1971-2000年為氣候基準(zhǔn)期。

雷暴日：按世界氣象組織的定義，某站聽(tīng)到有雷聲的1 個(gè)觀(guān)測(cè)日叫作雷暴日。 在氣象學(xué)中，常用雷暴日的多少來(lái)反映雷電活動(dòng)的強(qiáng)度。 一個(gè)雷暴日就是當(dāng)天發(fā)生過(guò)雷響，不論有多少次，只要發(fā)生就記一日（地面氣象觀(guān)測(cè)記錄中有閃電和雷暴兩種天氣現(xiàn)象記錄，當(dāng)只有閃電沒(méi)有雷暴記錄時(shí)，一般本地成災(zāi)機(jī)率較小，本文不予考慮）。

年雷暴日：全年雷暴日數(shù)的總和。

趨勢(shì)系數(shù)： 要素序列與自然數(shù)1，2，3…，n 的相關(guān)系數(shù)。 相關(guān)系數(shù)正負(fù)表示要素序列趨勢(shì)增加或減少，這個(gè)值為正（負(fù)）時(shí)，表示該要素在所計(jì)算的n年內(nèi)有線(xiàn)性增加（降低）的趨勢(shì)。

氣候傾向率： 設(shè)某站某氣象要素時(shí)間序列為y1、y2、…yn，它可以用1 個(gè)多項(xiàng)式來(lái)表示：yn(t)=a0+a1t+a2t2…+amtn(m

3 分析結(jié)果

3.1 空間分布

黑龍江省年雷暴日數(shù)最多的地區(qū)在松嫩平原中東部，綏化、尚志最多（35 d），最少的地區(qū)在省東部和東南部，三江平原的東部和東南半山區(qū)的東南部，年平均雷暴日數(shù)都少于24 d，虎林和東寧最少（20 d 和19 d）；全省分析的62 個(gè)臺(tái)站中，18 個(gè)臺(tái)站的年雷暴日數(shù)≥30 d（29%），多于25 d 少于30 d 的臺(tái)站有30個(gè)（48%），少于25 d 多于20 d 的臺(tái)站12 個(gè)（19%），少于20 d （不在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范中多雷區(qū)定義內(nèi)）的臺(tái)站2 個(gè)（3%）。

相較于上一個(gè)氣候期（1971-2000年）黑龍江省年雷暴日數(shù)分布， 省內(nèi)雷暴日數(shù)的空間分布格局沒(méi)變， 但日數(shù)有減少，1981-2010年黑龍江省雷暴日數(shù)全省平均值減少了2 d （1971-2000年全省平均雷暴日數(shù)為30 d）；多雷暴日范圍縮小，少雷暴日范圍由省東部和東南部向雷暴集中區(qū)的中部擴(kuò)大； 極值也有改變，1981-2010年，雷暴日數(shù)最多是35 d（綏化、尚志），1971-2000年，雷暴日數(shù)最多是39 d（綏化），其次是37 d（尚志）；全省沒(méi)有雷暴日數(shù)少于20 d（少雷區(qū)標(biāo)準(zhǔn)）的地區(qū)（雷暴日數(shù)最少的地域沒(méi)變，都是在虎林和東寧）。

3.2 時(shí)間變化

1961-2010年，黑龍江省雷暴日數(shù)呈顯著的減小趨勢(shì)，減小速率為1.866 d/10 a(圖1)，1992年前為雷暴日數(shù)偏多期，1963年最多（較常年多9 d），1992年后進(jìn)入雷暴日數(shù)偏少期，2007年最少 （較常年少12 d）；取氣候平均期為1971-2000年，全省雷暴的氣候值為29.52 d，年代際看（表1），20 世紀(jì)60年代是黑龍江省雷暴日數(shù)最多的年代， 全省平均多于氣候平均值3.41 d，70年代多于氣候值0.86 d，80年代較70年代略有上浮，多于氣候值0.99 d，90年代雷暴日明顯減少，少于氣候值1.85 d，少于80年代2.84 d，21世紀(jì)的第一個(gè)十年雷暴日更少， 較氣候值少4.32 d，較1990s年代少2.48 d。

圖1 黑龍江省平均雷暴日序列

表1 各年代雷暴日數(shù)變化

表2 各年代雷暴日數(shù)標(biāo)準(zhǔn)偏差

由表2 可看出，1981-2010年全省平均雷暴日標(biāo)準(zhǔn)偏差大于1971-2000年， 可見(jiàn)，1981-2010年黑龍江全省平均雷暴日的年際間波動(dòng)加大； 不同年代雷暴日標(biāo)準(zhǔn)偏差，1980年代最小（2.02），其次1990年代、1960年代和1970年代，2000年代標(biāo)準(zhǔn)偏差最大（4.65），可見(jiàn)，上世紀(jì)80年代全省平均的年雷暴日數(shù)較穩(wěn)定，剛剛過(guò)去的21 世紀(jì)第一個(gè)十年，黑龍江省雷暴日的年際間波動(dòng)在過(guò)去50 a 中最大。

計(jì)算全省各站年雷暴日數(shù)標(biāo)準(zhǔn)偏差（1961-2010年），其空間分布如圖2，標(biāo)準(zhǔn)偏差最大中心在松嫩平原中南部（尚志、雙城）和黑龍江省最北部（北極村），在省中部有一條經(jīng)向高值帶， 貫穿松嫩平原東南部到小興安嶺腹地； 標(biāo)準(zhǔn)偏差最小中心在松嫩平原西部（杜蒙、龍江），省東部（林口）、松嫩平原中北部（克山）、小興安嶺南坡（五營(yíng)）。

3.3 趨勢(shì)系數(shù)及氣候傾向率

黑龍江省雷暴日數(shù)的多年變化趨勢(shì)遞減顯著（圖3a），全省大部減少趨勢(shì)超過(guò)0.05 顯著性水平檢驗(yàn)，僅大興安嶺東南部、黑河西北部、松嫩平原西南部、北部和中東部小范圍區(qū)域、三江平原中北部小范圍區(qū)域變化趨勢(shì)不顯著； 減少趨勢(shì)最顯著的區(qū)域是三江平原東部（勃利）、長(zhǎng)白山脈太平嶺（東寧）、張廣才嶺（木蘭、依安、雙城）、松嫩平原西北部邊緣區(qū)（訥河）、小興安嶺腹地（伊春）。

圖2 黑龍江省雷暴日數(shù)標(biāo)準(zhǔn)偏差分布（1961-2010年，圖中粗線(xiàn)為6.6 平均線(xiàn)）

過(guò)去50 a， 黑龍江省各地雷暴日數(shù)氣候傾向率分布如圖3b，三江平原東北部、小興安嶺腹地、張廣才嶺中部、嫩江、北極村遞減速率（絕對(duì)值）最大（最大在伊春，3.14 d/10 a）， 超過(guò)2.5 d/10 a，1961-2010年間年雷暴日數(shù)減少超過(guò)12 d； 大興安嶺東部與小興安嶺交界帶及其向東南的狹長(zhǎng)延伸帶遞減速率最小，小于1.5 d/10 a，50 a 雷暴日數(shù)減少不多于8 d。

4 結(jié)論與討論

圖3 黑龍江省1961-2010年雷暴日變化趨勢(shì)（a 中粗線(xiàn)為顯著性0.05 和0.001 界值線(xiàn)，b 圖單位：d/10 a）

本文通過(guò)對(duì)黑龍江省1961-2010年雷暴日數(shù)分析，得出以下主要結(jié)論：

（1）黑龍江省年雷暴日數(shù)最多的地區(qū)在松嫩平原中東部，最少的地區(qū)在省東部和東南部，三江平原的東部和東南半山區(qū)的東南部，全省大部屬多雷區(qū)。

（2）1961-2010年，黑龍江省雷暴日數(shù)呈顯著的減小趨勢(shì)，減小速率為1.866 d/10 a。 上世紀(jì)80年代全省平均的年雷暴日數(shù)較穩(wěn)定，剛剛過(guò)去的21 世紀(jì)第一個(gè)十年， 黑龍江省雷暴日的年際間波動(dòng)在過(guò)去50 a 中最大。

（3）全省各站年雷暴日數(shù)年際波動(dòng)最大中心在松嫩平原中南部和大興安嶺北部， 最小中心在松嫩平原西部和中北部、省東部、小興安嶺南坡。

（4）黑龍江省雷暴日數(shù)的多年變化呈減少趨勢(shì)，趨勢(shì)最顯著的區(qū)域是三江平原東部、 長(zhǎng)白山脈太平嶺、張廣才嶺、松嫩平原西北部邊緣區(qū)、小興安嶺腹地。

根據(jù) 《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》（GB50343-2004）規(guī)定，年平均雷暴日數(shù)大于20 d 而不超過(guò)40 d 的地區(qū)屬于多雷區(qū)[9]。黑龍江省大部地區(qū)（除省東部和東南部小范圍邊緣區(qū)外） 都屬于多雷區(qū)。

從文中黑龍江省雷暴日數(shù)年序列曲線(xiàn)上看到，在上世紀(jì)70、80年代較為平穩(wěn)的波動(dòng)期中，1975年和1976年是兩個(gè)極大的跳變，1975年突變性極端偏多（在陳紅等[7]的分析中，這一年被認(rèn)定為一個(gè)突變年份），1976年又急轉(zhuǎn)直下躍變?yōu)闃O端偏少， 這兩年的年際變差為14 d。 而查對(duì)1975 和1976年的降水，這兩年的降水并不多，甚至是在少水范圍，在雷暴日數(shù)集中的夏季， 這兩年的降水量和降水日數(shù)都是偏少的，可見(jiàn)，雷暴日數(shù)的多少，和降水量的關(guān)系并不明顯。

[1]陳渭民.雷電學(xué)原理[M].北京：氣象出版社,2006：380-381.

[2]許建民，孫家棟.中國(guó)氣象事業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略·氣象與國(guó)家安全卷[M].北京：氣象出版社，2004：133.

[3]許小峰.雷電災(zāi)害與檢測(cè)預(yù)報(bào)[J].氣象,2004，30（12）：17-21.

[4]趙阿興.城市雷電災(zāi)害與保險(xiǎn)[J].中國(guó)保險(xiǎn)，2003，（7）：58-59.

[5]鄭淋淋，孫建華，衛(wèi)捷.我國(guó)雷暴的日變化特征[J].暴雨災(zāi)害，2011，30（2）：137-144.

[6]張敏鋒，馮霞.我國(guó)雷暴天氣的氣候特征.熱帶氣象學(xué)報(bào)，1998，14（2）：156-162.

[7]劉梅，魏建蘇，俞劍蔚，等.近57a 江蘇省雷暴日時(shí)、空分布?xì)夂蛱卣鱗J].氣象科學(xué)，2009，29（6）：827-832.

[8]陳紅，張麗娟，李文亮，等.黑龍江省雷暴發(fā)生規(guī)律及區(qū)劃研究[J].災(zāi)害學(xué)，2009，24（4）：58-62.

[9]GB50343-2004 建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2004.