鎮(zhèn)江市雷暴氣候特征分析

朱文博，舒宏武

(1.安徽省蚌埠市氣象局，安徽蚌埠 233000；2.南京信息工程大學(xué)大氣物理學(xué)院，江蘇南京 210044)

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鎮(zhèn)江市雷暴氣候特征分析

朱文博1，舒宏武2

(1.安徽省蚌埠市氣象局，安徽蚌埠 233000；2.南京信息工程大學(xué)大氣物理學(xué)院，江蘇南京 210044)

利用1961～2011年鎮(zhèn)江市雷暴日監(jiān)測(cè)資料，采用線性擬合、小波分析和M-K突變檢驗(yàn)等方法，對(duì)雷暴氣候特征進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，近51年來(lái)鎮(zhèn)江市年雷暴日數(shù)總體上呈現(xiàn)遞減趨勢(shì)；季節(jié)變化明顯，夏季雷暴日最多、冬季最少；各縣市月平均雷暴日均呈單峰型，7月雷暴日數(shù)最多；鎮(zhèn)江市雷暴日存在6年左右周期的年際變化；鎮(zhèn)江市雷暴日突變年為1966年。

雷暴日；氣候特征；小波分析；M-K檢驗(yàn)

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全球每年因雷電造成人員傷亡超過(guò)1萬(wàn)人，損失在10億美元以上，我國(guó)每年約有3 000～4 000人因遭受雷擊而傷亡[1]。許多學(xué)者對(duì)雷暴氣候特征進(jìn)行了研究，并取得了一些有益的成果[2-7]，如陳思蓉等[3]利用我國(guó)743個(gè)站點(diǎn)1951～2005年雷暴日和冰雹觀測(cè)資料分析了我國(guó)雷暴日特征分布，指出我國(guó)雷暴日發(fā)生的概率分布具有明顯的地理和日變化差異；張美平等[4]分析表明46年來(lái)雷暴的發(fā)生有逐漸減小趨勢(shì)，且雷暴有明顯的季節(jié)和日變化特征。鎮(zhèn)江市地處江蘇省西南部、長(zhǎng)江下游南岸，屬北亞熱帶季風(fēng)氣候。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，現(xiàn)代化的程度越來(lái)越高，雷電災(zāi)害所造成損失也越來(lái)越大。筆者利用1961～2011年鎮(zhèn)江市雷暴日監(jiān)測(cè)資料，采用線性擬合、小波分析和M-K突變檢驗(yàn)等方法，對(duì)近51年來(lái)鎮(zhèn)江市雷暴氣候特征進(jìn)行了分析，為減少鎮(zhèn)江市因雷電所造成的損失以及雷電監(jiān)測(cè)預(yù)警等工作提供借鑒。

1　資料與方法

1.1數(shù)據(jù)來(lái)源在常規(guī)氣象觀測(cè)中，測(cè)站聞雷的觀測(cè)日一般記作一個(gè)雷暴日。雷暴日表征不同地區(qū)雷電活動(dòng)的頻繁程度。在此以鎮(zhèn)江市國(guó)家氣象觀測(cè)站1961～2011年雷暴監(jiān)測(cè)資料為研究對(duì)象，其中鎮(zhèn)江從1994年起使用丹徒站資料，所以分析中僅取其一。季節(jié)劃分為春季(3～5月)、夏季(6～8月)、秋季(9～11月)、冬季(12月～次年2月)。

1.2分析方法采用線性擬合、M-K突變檢驗(yàn)和小波分析等方法對(duì)近51年來(lái)鎮(zhèn)江市雷暴日的年變化、季變化、月變化等進(jìn)行了分析。M-K突變檢驗(yàn)是非參數(shù)方法，不需要樣本遵從一定的分布，也不受少數(shù)異常值的干擾。小波分析中的能量譜可清楚地反映序列中各個(gè)周期成分的強(qiáng)度隨時(shí)間的變化，數(shù)值越大表示周期信號(hào)越強(qiáng)，可從中看出信號(hào)在時(shí)間分布和相位方面的信息。

2　結(jié)果與分析

2.1雷暴日年變化特征從表1可以看出，鎮(zhèn)江市年雷暴日極大值為1963年揚(yáng)中市的59 d，年極小值為1978年丹陽(yáng)市的11次，平均年雷暴日最多為句容市32.2 d，最少為鎮(zhèn)江市29.9 d。

表11961～2011年鎮(zhèn)江市年雷暴日年際特征

Table 1Characteristics of annual thunderstorm days in Zhenjiang City from 1961 to 2011 d

城市City極大值Themaximumvalue極小值Theminimumvalue平均值Meanvalue鎮(zhèn)江市ZhenjiangCity481229.9揚(yáng)中市YangzhongCity591532.1丹陽(yáng)市DanyangCity581131.9句容市JurongCity531832.2

由圖1可知，51年來(lái)鎮(zhèn)江市雷暴日線性擬合方程為y=-0.13(x-1961)+296.1，氣候傾向率為-1.3 d/10 a，表示鎮(zhèn)江市區(qū)從1961年開(kāi)始年雷暴日數(shù)呈遞減趨勢(shì)；51年來(lái)鎮(zhèn)江市雷暴日數(shù)波動(dòng)起伏明顯，年雷暴日數(shù)最小值是1978年的12 d，最大值是1964年的48 d。51年來(lái)年雷暴日分布在30～35 d 的頻數(shù)最多，10～15 d的頻數(shù)最少。揚(yáng)中市、丹陽(yáng)市和句容市的年雷暴日氣候傾向率分別為-2.6、-1.6、-1.5 d/10 a，即揚(yáng)中市、丹陽(yáng)市和句容市雷暴日數(shù)整體均呈遞減趨勢(shì)，與前人研究結(jié)論一致[4-7]。揚(yáng)中市51年來(lái)年雷暴日數(shù)最小值是2001年的15 d，最大值是1963年的59 d，年平均雷暴日數(shù)為32.1 d，屬于多雷區(qū)，雷暴日分布在30～35 d的頻數(shù)最多，10～15 d的頻數(shù)最少。丹陽(yáng)市51年來(lái)年雷暴日數(shù)最小值是1978年的11 d，最大值是1963年的58 d，年平均雷暴日數(shù)為31.9 d，屬于多雷區(qū)，雷暴日分布在25～30 d的頻數(shù)最多，15～20和50～55 d的頻數(shù)最少。句容市51年來(lái)年雷暴日數(shù)最小值是2001年的18 d，最大值是1964年的53 d，年平均雷暴日數(shù)為32.2 d，屬于多雷區(qū)，雷暴日分布在35～40 d的頻數(shù)最多，50～55 d的頻數(shù)最少。

圖1　1961～2011年鎮(zhèn)江市年雷暴日變化(a)和年雷暴日數(shù)分布區(qū)間(b)Fig.1　Changes of thunderstorm days(a)and distribution interval(b)of annual thunderstorm days in Zhenjiang City from 1961 to 2011

2.2雷暴日季節(jié)變化特征由表2可知，鎮(zhèn)江市雷暴日季節(jié)特征變化非常顯著，其中夏季雷暴日最多，平均為21.6 d，揚(yáng)中市、丹陽(yáng)市和句容市夏季雷暴日數(shù)位于平均值之上，其中揚(yáng)中市夏季雷暴日數(shù)最多，為22.0 d；冬季雷暴日最少，平均為0.5 d，句容市冬季雷暴日最多，為0.6 d，高于平均值水平。

表21961～2011年鎮(zhèn)江市雷暴日季節(jié)變化特征

Table 2Seasonal change characteristics of thunderstorm days in Zhenjiang City from 1961 to 2011 d

城市City春季Spring夏季Summer秋季Autumn冬季W(wǎng)inter鎮(zhèn)江市ZhenjiangCity6.220.62.80.4揚(yáng)中市YangzhongCity6.422.03.20.5丹陽(yáng)市DanyangCity6.521.83.10.4句容市JurongCity7.021.82.90.6

2.3雷暴日月變化特征由圖2可知，近51年來(lái)各縣市平均月雷暴日數(shù)的大體變化趨勢(shì)一致，月平均雷暴日走勢(shì)均呈單峰型，從1月份開(kāi)始，雷暴日數(shù)逐漸增加，一直到7月份達(dá)最大值，然后呈遞減趨勢(shì)。這主要是因?yàn)?月份正處于盛夏，夏天水蒸氣較多，云層較厚，帶有大量的電荷，運(yùn)動(dòng)發(fā)生碰撞，產(chǎn)生雷暴。7月份雷暴日數(shù)最多，平均為9.49 d，占全年總雷暴日數(shù)的31.7%，其次8月份雷暴日也相對(duì)較多，平均為7.45 d，占全年總雷暴日數(shù)的24.9%，2月雷暴日數(shù)最少，平均為0.35 d，占全年雷暴日總數(shù)的1.2%。

圖2　1961～2011年鎮(zhèn)江各縣市平均月雷暴日趨勢(shì)Fig.2　Trend of average monthly thunderstorm days in different cities from 1961 to 2011

2.4雷暴氣候特征小波分析針對(duì)雷暴日數(shù)據(jù)作Kolmogorov-Smirnov檢驗(yàn)P值為0.886，遠(yuǎn)大于0.05，說(shuō)明數(shù)據(jù)呈正態(tài)分布顯著，因此可將鎮(zhèn)江市歷年雷暴日數(shù)據(jù)序列視為穩(wěn)定信號(hào)，對(duì)其進(jìn)行時(shí)頻分析可采用小波分析來(lái)處理。用同樣的方法可知，揚(yáng)中市、丹陽(yáng)市和句容市的雷暴日數(shù)據(jù)也適用小波分析。由圖3可見(jiàn)，近51年來(lái)鎮(zhèn)江市雷暴日存在6年左右周期的年際變化，振蕩模態(tài)的周期比較穩(wěn)定；1961～1973年存在約12年的周期振蕩；1965～1967、1986～1987、1994～1995、2001～2002年為雷暴偏少年份，振蕩幅度為負(fù)，其余為雷暴日偏多年份，振蕩幅度為正。

圖3　1961～2011年鎮(zhèn)江市雷暴日序列子波實(shí)部分布Fig.3　Wavelet distribution of thunderstorm days in Zhenjiang City from 1961 to 2011

2.5雷暴日M-K突變檢驗(yàn)由圖4可見(jiàn)，從1965年左右開(kāi)始UF曲線小于0，表明鎮(zhèn)江市雷暴日數(shù)從1965年開(kāi)始總體呈遞減趨勢(shì)，1975年以后雷暴日數(shù)超過(guò)臨界線，表明雷暴日數(shù)遞減非常顯著。UF和UB 2條曲線的交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的年份約為1966年，表明1966年為雷暴日突變年。

注：2條虛直線表示α=0.05顯著性水平的臨界線(U=±1.96)。Note：Two imaginary lines indicated critical line (U=±1.96) of significant level α=0.05.圖4　1961～2011年鎮(zhèn)江市雷暴日M-K統(tǒng)計(jì)曲線Fig.4　M-K statistical curve of thunderstorm days in Zhenjiang City from 1961 to 2011

3　結(jié)論與討論

(1)該研究結(jié)果表明，近51年來(lái)鎮(zhèn)江市雷暴日極大值為1963年揚(yáng)中市的59 d，年極小值為1978年丹陽(yáng)市的11次，平均年雷暴日最多為句容市的32.2 d，最少為鎮(zhèn)江市的29.9 d。鎮(zhèn)江市區(qū)年雷暴日數(shù)總體上呈現(xiàn)遞減趨勢(shì)，減少幅度為1.3 d/10 a。近51年來(lái)鎮(zhèn)江市雷暴日季節(jié)特征變化非常顯著，其中夏季雷暴日最多，平均為21.6 d。近51年來(lái)鎮(zhèn)江市各縣市平均月雷暴日數(shù)的大體變化趨勢(shì)一致，月平均雷暴日走勢(shì)均呈單峰型，從1月份開(kāi)始，雷暴日數(shù)逐漸增加，一直到7月份達(dá)最大值，然后呈遞減趨勢(shì)。小波分析表明，近51年來(lái)鎮(zhèn)江市雷暴日存在6年左右周期的年際變化，振蕩模態(tài)的周期比較穩(wěn)定；1961～1973年存在約12年的周期振蕩；1965～1967、1986～1987、1994～1995、2001～2002年為雷暴偏少年份，振蕩幅度為負(fù)，其余為雷暴日偏多年份，振蕩幅度為正。M-K突變檢驗(yàn)表明，鎮(zhèn)江市雷暴日數(shù)從1965年開(kāi)始

總體呈遞減趨勢(shì)，1975年以后雷暴日數(shù)遞減非常顯著，1966年為雷暴日突變年。

(2)該研究存在一定的局限性。首先，存在觀測(cè)制度的局限性，因?yàn)榈孛鏆庀笥^測(cè)資料均是靠人工觀測(cè)，但若雷暴強(qiáng)度較小或離觀測(cè)站較遠(yuǎn)時(shí)，觀測(cè)人員可能因?yàn)闆](méi)有聽(tīng)到雷聲或沒(méi)有看見(jiàn)閃電，從而發(fā)生漏記現(xiàn)象，使雷暴日的數(shù)據(jù)變小。而且觀測(cè)站的人員僅在白天記錄雷暴日，所以觀測(cè)站得到的數(shù)據(jù)沒(méi)有晚上的觀測(cè)數(shù)據(jù)。雷電并不會(huì)選擇性地僅在白天發(fā)生。其次，存在行政區(qū)劃的局限性，因?yàn)槿斯び涗浝妆┤諗?shù)在很大程度上忽略了一個(gè)城市不同地區(qū)因地理、氣象、建筑結(jié)構(gòu)布局對(duì)雷電發(fā)生條件的不同而引起的雷電次數(shù)不同的影響。因此，為了能夠準(zhǔn)確地揭示鎮(zhèn)江地區(qū)雷點(diǎn)活動(dòng)規(guī)律，今后將采用雷擊探測(cè)儀組成的閃電監(jiān)測(cè)定位系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到的地閃數(shù)據(jù)，從閃電的極性分布、日變化、月變化、強(qiáng)度、閃電密度等方面進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

[1] 許小峰.雷電災(zāi)害與監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)[J].氣象，2004，30(12)：17-21.

[2] 張家誠(chéng)，林之光.中國(guó)氣候氣象[M].上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，1985：411-433.

[3] 陳思蓉，朱偉軍，周兵.中國(guó)雷暴氣候分布特征及變化趨勢(shì)[J].大氣科學(xué)學(xué)報(bào)，2009，32(5)：703-710.

[4] 張美平，敖淑珍，劉翔，等.廣州白云國(guó)際機(jī)場(chǎng)近46年來(lái)雷暴氣候的統(tǒng)計(jì)特征[J].應(yīng)用氣象學(xué)報(bào)，2004，15(1)：66-73.

[5] 王錫中，葉玉珍，鐘穎穎，等.江蘇省城市雷暴日分布特征[J].氣象科學(xué)，2011，31(1)：93-99.

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

[7] 公芙萍，王會(huì)榮，汪文麗.臨汾市近57年雷暴氣候特征分析[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2012，28(23)：271-276.

Analysis of Thunderstorm Climate Characteristics in Zhenjiang City

ZHU Wen-bo1, SHU Hong-wu2

(1. Bengbu Meteorological Bureau, Bengbu, Anhui 233000; 2. School of Atmospheric Physics, Nanjing University of Information Science & Technology, Nanjing, Jiangsu 210044)

According to the daily thunderstorm monitoring data of Zhenjiang City in 1961-2011, thunderstorm climate characteristics were analyzed by linear fitting, wavelet analysis and M-K test and other methods. Results showed that the annual thunderstorm days presented a decreasing trend and obvious seasonal changes in recent 51 years. Thunderstorm days were the most in summer and the least in winter. Average monthly thunderstorm days in different cities all showed single peak, and the thunderstorm days were the most in July. Annual thunderstorm days in Zhenjiang City had about 6a long cycle interannual variation. The mutation year of annual thunderstorm days was 1966 in Zhenjiang City.

Thunderstorm days; Climate characteristics; Wavelet analysis; M-K test

朱文博(1987-)，男，安徽蚌埠人，助理工程師，從事雷電防護(hù)工作。

2016-06-03

S 16

A

0517-6611(2016)21-163-03