近30年招遠(yuǎn)地區(qū)雷暴氣候統(tǒng)計(jì)特征

張 娟, 楊金玲

(山東省招遠(yuǎn)市氣象局，山東招遠(yuǎn) 265400)

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近30年招遠(yuǎn)地區(qū)雷暴氣候統(tǒng)計(jì)特征

張 娟, 楊金玲

(山東省招遠(yuǎn)市氣象局，山東招遠(yuǎn) 265400)

利用招遠(yuǎn)地區(qū)1981～2010年氣象觀測(cè)資料，借助數(shù)理統(tǒng)計(jì)、線性傾向分析、氣候變化趨勢(shì)、保證率等氣候診斷方法，分析了該地區(qū)雷暴氣候統(tǒng)計(jì)特征，并探討了30年間ENSO強(qiáng)度、氣壓及氣溫與雷暴的相關(guān)性。結(jié)果表明，招遠(yuǎn)地區(qū)平均年雷暴日數(shù)為21.2 d,年際變化較大；年雷暴日數(shù)呈現(xiàn)在波動(dòng)中緩慢減少的趨勢(shì),其變率為-1.34 d/10a;季節(jié)變化明顯，夏季最多，冬季無雷暴；雷暴主要發(fā)生在5～9月，約占全年的81.6%，其中7月份雷暴日數(shù)為最多；雷暴初日80%保證率出現(xiàn)在4月16日左右，雷暴終日80%保證率出現(xiàn)在11月12日左右；招遠(yuǎn)地區(qū)雷暴日數(shù)與ENSO強(qiáng)度、氣溫、氣壓有很強(qiáng)的一致性和相關(guān)性。

雷暴；招遠(yuǎn)地區(qū)；氣候特征；ENSO強(qiáng)度；相關(guān)因子

雷暴是自然界中的一種聲、光、電現(xiàn)象,其發(fā)生與季節(jié)、地理、地形、地質(zhì)和氣候等因素有關(guān)。因其范圍小、發(fā)展快、局地性強(qiáng)且伴有多種災(zāi)害性天氣，聯(lián)合國(guó)已把雷電災(zāi)害列為“最嚴(yán)重的十種自然災(zāi)害之一”。雷暴的發(fā)生發(fā)展對(duì)人們的日常生產(chǎn)活動(dòng)和生活帶來很大影響,有時(shí)甚至?xí)＜肮舶踩腿松戆踩?/p>

特別是近年來,隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和現(xiàn)代化水平的提高,人類對(duì)信息技術(shù)的依賴日趨增加,雷電對(duì)電子化社會(huì)造成的危害越來越嚴(yán)重,造成的經(jīng)濟(jì)損失及社會(huì)影響也越來越大[1]。因此,國(guó)務(wù)院、中國(guó)氣象局及各級(jí)黨委政府均高度重視雷電等強(qiáng)對(duì)流天氣的預(yù)警預(yù)報(bào)工作?！秶?guó)務(wù)院辦公廳關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)氣象災(zāi)害防御工作的意見》(國(guó)辦發(fā)(2007) 49號(hào))中要求“做好災(zāi)害性、關(guān)鍵性、轉(zhuǎn)折性重大天氣預(yù)報(bào)和趨勢(shì)預(yù)測(cè),重點(diǎn)加強(qiáng)臺(tái)風(fēng)、短歷時(shí)強(qiáng)降水、雷電等強(qiáng)對(duì)流天氣的短時(shí)臨近預(yù)報(bào)”?！冬F(xiàn)代天氣業(yè)務(wù)發(fā)展指導(dǎo)意見》(氣發(fā)(2010〕1號(hào))中提出發(fā)展短歷時(shí)強(qiáng)降水、雷電等強(qiáng)對(duì)流天氣的監(jiān)測(cè)分析技術(shù),發(fā)展強(qiáng)對(duì)流天氣和臺(tái)風(fēng)等的臨近預(yù)報(bào)技術(shù),研發(fā)外推預(yù)報(bào)和數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品釋用相結(jié)合的預(yù)報(bào)技術(shù),提高預(yù)警時(shí)效。因此,研究雷暴氣候變化特征及相關(guān)因子，對(duì)雷暴強(qiáng)對(duì)流天氣的預(yù)警預(yù)報(bào)工作有著十分重要的指導(dǎo)意義，同時(shí)對(duì)于防雷減災(zāi)和科學(xué)決策有十分重要的指導(dǎo)意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。筆者利用1981～2010年招遠(yuǎn)地區(qū)氣象觀測(cè)資料，采用線性傾向分析、氣候變化趨勢(shì)、保證率等氣候診斷方法，分析了該地區(qū)雷暴氣候統(tǒng)計(jì)特征，并探討了30年間ENSO強(qiáng)度、氣壓、溫度與雷暴的相關(guān)性。

1 資料與方法

1.1 資料選取雷暴活動(dòng)的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)習(xí)慣使用“雷暴日”。雷暴日是表征某一地區(qū)雷電活動(dòng)的頻繁程度。以一天中只要聽到一次以上的雷聲就算一個(gè)雷暴日，只見閃電無雷聲，不計(jì)其中。氣象觀測(cè)上以20：00為日界，若某一次雷暴跨越20：00，則按2個(gè)雷暴日計(jì)算。在此采用招遠(yuǎn)氣象觀測(cè)站1981～2010年30年的氣象觀測(cè)資料。

1.2 分析方法根據(jù)世界氣象組織(WMO)的規(guī)定,取最近連續(xù)30年氣象要素的平均值或統(tǒng)計(jì)值來代表研究區(qū)域的氣候標(biāo)準(zhǔn)值,即每10年需對(duì)氣候平均值更新一次[2]。在此選取招遠(yuǎn)大監(jiān)站1981～2010年30年氣象觀測(cè)資料的年雷暴日數(shù)平均值作為氣候標(biāo)準(zhǔn)值,把雷暴日距平百分率>20%的年份作為多雷暴年, 把雷暴距平百分率<-20%的年份作為少雷暴年。釆用數(shù)理統(tǒng)計(jì)、線性傾向分析[3-4]、氣候變化趨勢(shì)、保證率等氣候診斷方法,分析招遠(yuǎn)地區(qū)雷暴日年際、季節(jié)和月際氣候特征及其變化趨勢(shì)，揭示雷電活動(dòng)的特征和規(guī)律。運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)頻率公式[5]Pm=m/ (n+1)×100% 來計(jì)算雷暴日初日和終日保證率。

2 招遠(yuǎn)地區(qū)雷暴氣候統(tǒng)計(jì)特征

2.1 雷暴的年際變化特征1981～2010年招遠(yuǎn)地區(qū)共有雷暴日638個(gè)，雷暴日數(shù)年平均值為21.2個(gè)。若按照年平均雷暴日數(shù)的多少即少雷區(qū)(<15 d)、中雷區(qū)(15～40 d)、多雷區(qū)(41～90 d)、強(qiáng)雷區(qū)(>90 d)4個(gè)標(biāo)準(zhǔn)劃分雷區(qū)的話[6],招遠(yuǎn)地區(qū)屬中雷區(qū)。年雷暴日數(shù)<15 d的僅有4個(gè)年份，其余年份雷暴日數(shù)均多于15 d。

從圖1a可以看出，1981～2010年招遠(yuǎn)地區(qū)雷暴日的年際變化較大。年雷暴日數(shù)最多的年份出現(xiàn)在1982年，高達(dá)37 d，1987年次之，雷暴日數(shù)為33 d，年雷暴日數(shù)最少的年份出現(xiàn)在1999和2000年，雷暴日數(shù)僅為10 d;年雷暴最多時(shí)是年雷暴最少時(shí)的近4倍，說明招遠(yuǎn)地區(qū)雷暴日數(shù)年際差特別大。但對(duì)30年雷暴日數(shù)作5年滑動(dòng)平均，發(fā)現(xiàn)其變化緩慢，波動(dòng)較小?？傮w來看，這30年招遠(yuǎn)地區(qū)年雷暴日數(shù)呈現(xiàn)出在波動(dòng)中緩慢下降的趨勢(shì)。經(jīng)計(jì)算，雷暴的氣候趨勢(shì)系數(shù)rxy<0，說明招遠(yuǎn)地區(qū)年平均雷暴日數(shù)存在減小的趨勢(shì)。1981～2010年雷暴日數(shù)線性變化趨勢(shì)函數(shù)為y=-0.134 4x+23.349,說明招遠(yuǎn)地區(qū)年雷暴日數(shù)正以1.34 d/10a的線性趨勢(shì)緩慢減少，這與山東省年雷暴日數(shù)呈波動(dòng)下降的特點(diǎn)[7]相一致。

經(jīng)分析，招遠(yuǎn)地區(qū)1981～2010年中有9年是多雷暴年，其中1982和1987年距平百分率>50%，為雷暴異常偏多年份；有7年是少雷暴年，其中雷暴距平百分率有2個(gè)年份<-50%，分別為1999和2000年，這兩年為雷暴異常偏少年份。由距平變化(圖1b)可以發(fā)現(xiàn)，招遠(yuǎn)市雷暴年際變化十分明顯，1995年之前以多雷暴年為主，而之后則以少雷暴年為主，特別是進(jìn)入21世紀(jì)后年雷暴日數(shù)逐步減少的趨勢(shì)更加明顯。

2.2 雷暴的季節(jié)變化特征雷暴日數(shù)出現(xiàn)月、季變化的原因主要是由于西太平洋副熱帶高壓引起。招遠(yuǎn)雷暴發(fā)生最頻繁、最集中的時(shí)期一般在每年的夏季，夏季累計(jì)雷暴日為440 d，占總雷暴日數(shù)的69%。這與于懷征等研究發(fā)現(xiàn)夏季的雷暴活動(dòng)決定了全年雷暴活動(dòng)的空間分布形態(tài)相吻合[8]。春季累計(jì)雷暴日123 d，占雷暴總?cè)諗?shù)的19%，秋季累計(jì)雷暴日75 d，僅占雷暴總?cè)諗?shù)的12%。30年統(tǒng)計(jì)資料顯示，1981～2000年冬季均無雷暴產(chǎn)生。由此可見，招遠(yuǎn)地區(qū)雷暴的季節(jié)變化特征非常明顯。從招遠(yuǎn)地區(qū)1981～2010年雷暴日數(shù)季節(jié)的年際變化(圖2)可以看出，夏季和秋季雷暴日數(shù)總體上表現(xiàn)為減少趨勢(shì)，而春季總體上表現(xiàn)為略增加的趨勢(shì)，但各季變化幅度及變化顯著性不同。夏季雷暴日數(shù)以1.11 d/10a的速率極顯著減少,秋季雷暴日數(shù)以0.46 d/10a的速率減少,春季雷暴日數(shù)則以0.11 d/10a的速率增加。特別是在21世紀(jì)的最初幾年,夏季和秋季雷暴日數(shù)有明顯增多的趨勢(shì),2007～2008年春季雷暴日數(shù)也有異常增多的趨勢(shì)，這可能與全球氣候變暖和熱對(duì)流加強(qiáng)有關(guān),尚待進(jìn)一步研究。

2.3 雷暴的月變化特征對(duì)招遠(yuǎn)1981～2010年雷暴的月變化統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，招遠(yuǎn)地區(qū)雷暴日數(shù)的年內(nèi)分布呈單峰型。一年中3～11月招遠(yuǎn)地區(qū)均有可能出現(xiàn)雷暴，12月～次年2月均無雷暴出現(xiàn)；其中又以5～9月為雷暴日出現(xiàn)集中期，占全年的81.6%；7月雷暴出現(xiàn)次數(shù)達(dá)最多，占全年雷暴日的28.8%，1990年7月雷暴日數(shù)最多，達(dá)14個(gè)雷暴日；其次雷暴日數(shù)由多到少為8、6、5和9月。

2.4 雷暴的初終日變化由表1可見，近30年來招遠(yuǎn)地區(qū)雷暴初日80%保證率下出現(xiàn)在4月26日左右，說明4月下旬后雷暴出現(xiàn)的可能性已非常大；雷暴終日80%保證率下出現(xiàn)在11月12日左右，雷暴終日出現(xiàn)較晚；5%的保證率終日日期在9月中旬,說明9月中旬雷暴結(jié)束的可能性甚小,這一階段仍要特別注意雷暴的發(fā)生；90%的保證率終日在11月下旬，說明11月之后雷暴出現(xiàn)的可能性非常的小。通過近30年來招遠(yuǎn)地區(qū)雷暴初日和終日的長(zhǎng)期線性變化趨勢(shì)圖 (圖略) 可以發(fā)現(xiàn)初終日的變化趨勢(shì)不大,初日的氣候傾向率為負(fù)值，終日的氣候傾向率為正值,即初日有向前的趨勢(shì),終日有向后的傾向。

表1 1981～2010年招遠(yuǎn)地區(qū)不同保證率下的雷暴初、終日

3 相關(guān)要素分析

3．1 雷暴日數(shù)年際變化與ENSO事件的相關(guān)性ENSO為氣候系統(tǒng)中最強(qiáng)的年際氣候信號(hào)，對(duì)全球的天氣和氣候產(chǎn)生很大的影響。ENSO活動(dòng)的發(fā)生伴隨著大規(guī)模大氣環(huán)流的變化和異常。參照中國(guó)氣象局國(guó)家氣候中心的標(biāo)準(zhǔn),以NINO區(qū)的海溫距平指數(shù)作為判定ENSO事件的依據(jù)[9]，并根據(jù)海溫距平值的高低,按照李曉燕等對(duì)ENSO事件強(qiáng)弱程度的劃分標(biāo)準(zhǔn)將El Nino和La Nina事件各分為3級(jí),即El Nino年分為極強(qiáng)、強(qiáng)(3)，中等(2)，弱、極弱(1)3個(gè)不同等級(jí)；La Nina年按極強(qiáng)、強(qiáng)(-3)，中等(-2)，弱、極弱(-1)分為3個(gè)等級(jí)[10]。正常年分，表示為0。由招遠(yuǎn)地區(qū)年雷暴日距平和ENSO事件強(qiáng)度的2年滑動(dòng)平均曲線(圖3)可以發(fā)現(xiàn)，兩者之間有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，特別是2002年以前，其變化趨勢(shì)基本一致。在El Nino事件年，雷暴明顯偏多；而在La Nina事件年，雷暴則明顯偏少。雷暴異常偏多的1982和1987年El Nino事件強(qiáng)度均達(dá)到最大等級(jí)；雷暴異常偏少的年份(1984、1998、1999和2000年)均是La Nina事件發(fā)生年。這與Price等分析發(fā)現(xiàn)在溫暖氣候條件下全球閃電活動(dòng)將有明顯增加，而在較冷的氣候條件下閃電活動(dòng)將減少的結(jié)論[11]相一致。這可能與ENSO暴發(fā)年的夏季,熱帶西太平洋地區(qū)的海溫異常，通過其產(chǎn)生出的定常波列的傳播會(huì)影響西太平洋以及東亞大陸上空500 hPa位勢(shì)高度, 西太平洋副高強(qiáng)度偏弱,位置偏東和偏南,引起北半球大氣環(huán)流的異常,從而導(dǎo)致某些地區(qū)的某些氣象要素的異常響應(yīng)。

3.2 雷暴日數(shù)月變化與溫、壓的關(guān)系發(fā)生雷暴時(shí),通常伴隨著溫度、氣壓等氣象要素的變化。Price等分析發(fā)現(xiàn)在溫暖氣候條件下全球閃電活動(dòng)將增加30%；而在較冷的氣候條件下全球閃電活動(dòng)將減少24%[11]。由此可見，溫度與雷暴日數(shù)存在很大的相關(guān)性。通過對(duì)1981～2010年月平均雷暴日數(shù)和月平均溫度的統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)兩者的變化趨勢(shì)呈現(xiàn)較一致的單峰型分布；3月份開始呈現(xiàn)急劇增長(zhǎng)趨勢(shì)，到7月份達(dá)到峰值，8月之后開始下降。由Pearson相關(guān)系數(shù)公式可以得出，月平均雷暴日數(shù)和月平均溫度的相關(guān)系數(shù)r為87.4，兩者存在明顯的正相關(guān)。

由月平均雷暴日數(shù)和月平均氣壓曲線可以發(fā)現(xiàn)，兩者也呈現(xiàn)單峰型分布，但呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)的關(guān)系。7月份雷暴日數(shù)達(dá)到極大值，而氣壓達(dá)到極小值。1月份開始，氣壓急劇減小，到7月達(dá)最低，8月開始，氣壓急劇增加，到12月達(dá)到最高；雷暴卻是在3月份開始急劇增加，到7月份達(dá)最大值，然后急劇減少，12月減少至0。經(jīng)計(jì)算，其Pearson相關(guān)系數(shù)r為-93.0，所以月平均雷暴日數(shù)和月平均氣溫之間存在非常強(qiáng)的負(fù)相關(guān)性。

4 小結(jié)

(1)招遠(yuǎn)地區(qū)雷暴日的年際變化較大，隨著年代的增加，總體表現(xiàn)為在波動(dòng)中緩慢減少的趨勢(shì)，減幅為1.34 d/10a。年雷暴日最多的年份出現(xiàn)在1982年，高達(dá)37 d,年雷暴日最少的年份出現(xiàn)在1999和2000年，雷暴日僅為10 d。以1995年為界，1995年前以多雷暴年為主，之后則以少雷暴年為主。21世紀(jì)后年雷暴日數(shù)減少的趨勢(shì)變得非常明顯。

(2)受西太平洋副熱帶高壓影響，招遠(yuǎn)地區(qū)雷暴天氣的季節(jié)變化特征非常明顯，夏季最多，占全年的69%，其他季節(jié)發(fā)生雷暴的概率很低，30年間冬季的12、1和2月均無雷暴發(fā)生。雖然雷暴主要集中在5～9月期間，但以7月份為最多，占全年雷暴日的28.8%。

(3)招遠(yuǎn)地區(qū)近30年來雷暴初日80%保證率下出現(xiàn)在4月26日左右，有向前的趨勢(shì)；雷暴終日80%保證率下出現(xiàn)在11月12日左右，有向后的趨勢(shì)。

(4)招遠(yuǎn)地區(qū)1981～2010年年雷暴日距平和ENSO事件強(qiáng)度兩者之間有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，其變化趨勢(shì)基本一致。

(5)招遠(yuǎn)地區(qū)近30年月平均雷暴日數(shù)與月平均溫度及月平均氣壓變化規(guī)律非常一致，氣溫、氣壓與雷暴具有較高的相關(guān)性，表明雷暴特征在應(yīng)對(duì)全球氣候變化中具有一定的指示作用。

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張娟(1985- )，女，山東高密人，助理工程師，從事氣象觀測(cè)與天氣預(yù)報(bào)工作。

2014-11-20

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