廣東地區(qū)近53年雷暴活動(dòng)特征分析

張春燕，周寶琴，問(wèn)楠臻

(廣州市氣象局，廣州　510000)

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廣東地區(qū)近53年雷暴活動(dòng)特征分析

張春燕，周寶琴，問(wèn)楠臻

(廣州市氣象局，廣州510000)

摘要：利用廣東省86個(gè)常規(guī)觀測(cè)站近53 a(1960—2012年)雷暴逐日觀測(cè)資料，使用數(shù)理統(tǒng)計(jì)、氣候傾向率、滑動(dòng)平均、M-K突變檢驗(yàn)和Morlet小波分析等方法，分析了廣東地區(qū)雷暴變化的基本氣候特征，結(jié)果表明：廣東地區(qū)年平均雷暴日為74.8 d，屬于多雷區(qū)；近53 a廣東省雷暴總體為減少趨勢(shì)，1984年發(fā)生突變；雷暴的發(fā)生有明顯的季節(jié)和月變化特征，雷暴日主要集中在5—8月，與廣東省的汛期及臺(tái)風(fēng)季節(jié)相吻合；有2個(gè)多雷暴帶，分別為清遠(yuǎn)及珠江三角洲一帶和湛江、茂名一帶；廣東地區(qū)雷暴存在多尺度振蕩，主周期為11 a左右，另外還存在3～5 a、18 a左右的變化周期。

關(guān)鍵詞：雷暴；氣候傾向率；M-K突變檢驗(yàn)；Morlet小波分析

雷暴因其電流大、電壓高，能量釋放時(shí)間短，危害性極大。隨著高層建筑的增多和各種通訊設(shè)備的廣泛應(yīng)用，雷災(zāi)損失越來(lái)越嚴(yán)重[1-4]。雷災(zāi)造成的損失僅次于暴雨洪澇和氣象地質(zhì)災(zāi)害。因此不少學(xué)者對(duì)各地雷暴活動(dòng)的氣候特征及成因進(jìn)行了大量的研究。陳思蓉等[5]通過(guò)對(duì)我國(guó)雷暴的氣候分布特征的研究，指出雷暴發(fā)生頻繁的區(qū)域共有5個(gè)，分別是青藏高原東部、四川境內(nèi)、云南中南部、新疆西部和華南兩廣地區(qū)；通過(guò)對(duì)我國(guó)南方62個(gè)氣象觀測(cè)站雷暴日數(shù)資料分析，徐桂玉等[6]指出我國(guó)南方雷暴近30年來(lái)變化的總體趨勢(shì)是逐漸減少的。針對(duì)廣東雷暴結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)，也些研究成果[7-9]，但研究區(qū)域范圍較小，或側(cè)重點(diǎn)不同，雷暴的氣候特征分析方面研究雖多，但針對(duì)廣東地區(qū)的雷暴長(zhǎng)序列氣候變化趨勢(shì)方面的研究較少，本文利用廣東省86個(gè)常規(guī)氣象觀測(cè)站1960—2012年53 a的雷暴逐日觀測(cè)資料，分析雷暴的時(shí)空分布特征和周期變化特征，旨在全面了解廣東地區(qū)雷暴的氣候特征，以期為雷暴潛勢(shì)預(yù)報(bào)和雷電預(yù)測(cè)及防雷減災(zāi)提供科學(xué)依據(jù)。

1資料與方法

采用廣東地區(qū)86個(gè)常規(guī)氣象觀測(cè)站1960—2012年53 a的逐日雷暴觀測(cè)資料，其中，部分存有缺測(cè)資料的站點(diǎn)的處理方法是采用多年平均值，并參考周圍測(cè)站的雷暴分布情況進(jìn)行插值。在資料統(tǒng)計(jì)時(shí)，觀測(cè)站1 d中聞雷一次以上就計(jì)1個(gè)雷暴日。

利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)、氣候傾向率、滑動(dòng)平均、Mann-Kendall(M-K)突變檢驗(yàn)和Morlet小波分析(Wavelet Analysis)[10]等方法，分析廣東地區(qū)雷暴變化的時(shí)空分布特征、氣候變化趨勢(shì)和周期性規(guī)律。

2雷暴的時(shí)間變化特征

2.1年際變化

廣東53 a來(lái)共出現(xiàn)3 963個(gè)雷暴日，年平均雷暴日為74.8 d，屬于多雷區(qū)。圖1為廣東地區(qū)雷暴線性變化趨勢(shì)圖。由圖1可知，廣東雷暴日數(shù)年際變化較大，雷暴出現(xiàn)最多的年份是1975年，為105.2 d；出現(xiàn)最少的年份是2003年和2011年，為55.4 d。年雷暴日最多年是最少年的1.9倍。從圖1還可看出，從20世紀(jì)60年代開(kāi)始到1983年是雷暴多發(fā)時(shí)期，平均雷暴日達(dá)83.7 d，除了1966、1976、1980和1981年外，雷暴的年際變化都在多年平均線以上波動(dòng)，在70年代中(1975年)達(dá)到最高峰，然后逐年下降，在80年代初回升，并于1983年升到波峰，然后又逐年下降，基本在多年平均值下波動(dòng)，到2003年到到最低值，之后雖稍有回升但基本低于年平均值?？傮w上，廣東雷暴日呈減少趨勢(shì)，平均氣候傾向率為-4.842 d/10 a(通過(guò)α=0.01水平的顯著性校驗(yàn))，這與徐桂玉等[6]研究指出的我國(guó)南方雷暴近30年總體呈逐漸減少的變化趨勢(shì)一致。此外，單站年雷暴日最多為138 d，于1975年出現(xiàn)在雷州站；單站年雷暴日最少為14 d，于1995年出現(xiàn)在汕頭澄海站。

圖1　1960—2012年廣東雷暴年際變化圖

為進(jìn)一步了解該雷暴日的時(shí)間序列變化特征，一是對(duì)該序列做標(biāo)準(zhǔn)化處理；二是做5年滑動(dòng)平均處理。由圖2可看出，雷暴日的標(biāo)準(zhǔn)化值(直方圖)，5年滑動(dòng)平均值(曲線)有10年左右的年際變化特征。1960—2012年年雷暴日的均方差為11.4 d。若以雷暴日的標(biāo)準(zhǔn)化距平絕對(duì)值1作為標(biāo)準(zhǔn)，即對(duì)應(yīng)雷暴日的距平百分率為15.2%來(lái)選取多、少雷暴年。廣東多、少雷暴年選取結(jié)果列于表1。由表1可見(jiàn)，多雷暴年共有8 a，少雷暴年共有10 a，出現(xiàn)頻率相當(dāng)，但多雷暴年多出現(xiàn)在20世紀(jì)80年代中期以前，少雷暴年則剛好相反，全部出現(xiàn)在80年代中期之后。

圖2　1960—2012年廣東雷暴序列的標(biāo)準(zhǔn)化距平及5年滑動(dòng)平均

對(duì)廣東地區(qū)年雷暴日進(jìn)行了M-K突變檢驗(yàn)(圖3)，從UF線值看出廣東省近53 a間雷暴日呈減少趨勢(shì)，與年際變化(圖1)一致。根據(jù)UF和UB曲線相交位置來(lái)看，雷暴序列在1984年發(fā)生突變，說(shuō)明廣東年平均雷暴日在20世紀(jì)80年代中期開(kāi)始明顯減少。

表1　1960—2012年廣東地區(qū)多、少雷暴年

圖3　1960—2012年廣東年雷暴日數(shù)M-K檢驗(yàn)結(jié)果(直線為ɑ=0.05顯著性水平臨界值)

2.2季節(jié)和月變化

根據(jù)華南地區(qū)的氣候特征，用3—5月代表春季，6—8月代表夏季，9—11月代表秋季，12月到次年2月代表冬季。

廣東地區(qū)雷暴具有明顯的季節(jié)和月變化特征，其中，夏季雷暴日最多，平均為40.5 d，約占全年雷暴日的54.44%；其次為春季，平均為21.3 d， 約占全年的28.63%； 秋季為11.3 d，約占全年的15.19%；冬季最少，為1.3 d，約占1.75%。

由廣東累年各月平均雷暴日分布(圖4)可見(jiàn)，一年12月中任何月份都有可能出現(xiàn)雷暴天氣，但雷暴主要集中出現(xiàn)在5—8月，累計(jì)51.31 d，約占全年雷暴日的70%。峰值出現(xiàn)在8月，平均14.4 d，占全年的19.6%；其次是6月和7月，分別為13 d和13.2 d，占全年的17.7%和17.9%；1月、11月和12月最少，2月次之。雷暴集中期與廣東省的汛期及臺(tái)風(fēng)季節(jié)相吻合，可見(jiàn)雷、雨、大風(fēng)現(xiàn)象時(shí)常相伴發(fā)生。

圖4　1960—2012年廣東月平均雷暴日變化

從圖4中還可以看出，雷暴日在1—8月逐月遞增，8月達(dá)到峰值，9—12月逐月減少。其中，4月到5月增幅最大，增加了3.7 d；10月減幅最大，比9月減少了6.6 d。造成這種季節(jié)、月變化的主要原因是：3月氣溫開(kāi)始上升，熱力不穩(wěn)定條件增強(qiáng)，對(duì)流性天氣增多從而使得雷暴天氣增多；前汛期(4—6月)，受副高、高空槽、低壓槽和鋒面等天氣系統(tǒng)的影響，廣東經(jīng)歷一個(gè)多雷雨時(shí)期；后汛期(7—9月)，廣東經(jīng)歷另一個(gè)多雷雨時(shí)期，這個(gè)階段出現(xiàn)的雷雨主要是由熱帶天氣系統(tǒng)如副高、熱帶輻合線、臺(tái)風(fēng)等造成。

3雷暴空間分布特征

廣東省處于中國(guó)大陸最南端，地處低緯，南臨南海，地形多樣，陸地、海洋、大氣之間的作用強(qiáng)烈，受天氣系統(tǒng)的影響，因強(qiáng)熱力對(duì)流引起的雷電、暴雨頻繁出現(xiàn)，是我國(guó)雷暴多發(fā)區(qū)域之一。圖5為1960—2012年廣東年平均雷暴日空間分布圖。由圖5可見(jiàn)，廣東雷暴空間分布特征為北多南少、西多東少，粵西和粵西北平均雷暴日最多，粵中和粵北次之，粵東和粵東北最少。雷暴日最多為粵西地區(qū)，年平均雷暴日達(dá)86.87 d；其次為珠江三角洲地區(qū)，年平均雷暴日為76.26 d；粵北地區(qū)為73.19 d，粵東地區(qū)為55.3 d。主要有兩個(gè)多雷暴帶，分別為清遠(yuǎn)及珠江三角洲一帶和湛江、茂名一帶。這一結(jié)論與易燕明等[11]利用閃電定位資料分析的閃電分布情況較為一致。

圖5　1960—2012年廣東年均雷暴日空間分布(單位：d)

4雷暴日周期分析

Morlet小波變化實(shí)部表示了雷暴發(fā)生的時(shí)間尺度特征，可以了解到不同頻率上的時(shí)間分布特征。通過(guò)分析廣東省近53 a年雷暴日數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化距平時(shí)間序列(圖6)，小波變化顯示出雷暴日主要存在3～5 a、8～11 a及18 a左右的變化周期。首先，20世紀(jì)60年代到90年代末，雷暴序列在11 a時(shí)間尺度上正負(fù)閉合中心最為明顯，表明廣東在該時(shí)間段雷暴日的年際變化存在11 a左右周期震蕩；從90年代末至今，8～11 a的周期較為明顯；70年代中后期雷暴日存在18 a左右周期變化，振蕩模態(tài)的周期較穩(wěn)定。其次，在整個(gè)時(shí)間段內(nèi)，存在著3～5 a的小周期振蕩。華南后汛期降水主周期為3 a，另一明顯的周期在11 a附近[12]，與雷暴活動(dòng)的周期相吻合。

圖6　1960—2012年廣東省雷暴日標(biāo)準(zhǔn)化距平序列的小波系數(shù)實(shí)部部分

5結(jié)論與討論

(1)廣東53 a來(lái)共出現(xiàn)3 963個(gè)雷暴日，年平均雷暴日為74.8 d，屬于多雷區(qū)。雷暴日年際變化較大，總體上呈減少趨勢(shì)，與華南后汛期降水的變化趨勢(shì)比較相似。年平均雷暴日序列在1984年發(fā)生突變，雷暴日在20世紀(jì)80年代中期開(kāi)始明顯減少。

(2)廣東地區(qū)雷暴活動(dòng)具有明顯的季節(jié)和月變化特征，主要集中出現(xiàn)在春、夏兩季，占全年的83.07%，5—8月為雷暴高發(fā)期，占全年的70%。

(3)廣東省有兩個(gè)多雷暴帶，分別為清遠(yuǎn)及珠江三角洲一帶和湛江、茂名一帶。

(4)從小波分析結(jié)果看，廣東雷暴存在多尺度振蕩，主周期為11 a 左右，另外還有3～5 a、18 a左右的變化周期。

(5)雖然本文分析得出廣東地區(qū)雷暴有減少的趨勢(shì)，但雷電活動(dòng)造成的災(zāi)害還與雷電的頻數(shù)、雷電流強(qiáng)度以及國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)達(dá)程度、城市化進(jìn)程、防災(zāi)減災(zāi)措施等諸多因素有關(guān)。因此，防雷減災(zāi)工作仍然任重而道遠(yuǎn)。

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文章編號(hào)：1006-4354(2016)04-0027-05

收稿日期：2015-08-04

作者簡(jiǎn)介：張春燕(1983—)，女，漢，江蘇淮安人，碩士，工程師，從事雷電監(jiān)測(cè)與防御工作。

基金項(xiàng)目：廣州市氣象局科技項(xiàng)目(201420)；廣東省氣象局科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目(2014B15)

中圖分類號(hào)：P429

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

張春燕，周寶琴，問(wèn)楠臻. 廣東地區(qū)近53年雷暴活動(dòng)特征分析[J].陜西氣象，2016(4)：27-31.