河南省雷暴大風(fēng)氣候特征及近年變化趨勢(shì)分析

崔麗曼

（1.河南省農(nóng)業(yè)氣象保障與應(yīng)用技術(shù)重點(diǎn)開發(fā)實(shí)驗(yàn)室，鄭州 450003；2.河南省氣象臺(tái)，鄭州 450003）

河南省雷暴大風(fēng)氣候特征及近年變化趨勢(shì)分析

崔麗曼1，2

（1.河南省農(nóng)業(yè)氣象保障與應(yīng)用技術(shù)重點(diǎn)開發(fā)實(shí)驗(yàn)室，鄭州 450003；2.河南省氣象臺(tái)，鄭州 450003）

采用1970～2015年5～9月大風(fēng)和雷暴地面觀測(cè)資料及雷暴重要天氣報(bào)資料，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)方法對(duì)河南省雷暴大風(fēng)的氣候特征及其近幾年的時(shí)空分布進(jìn)行分析。結(jié)果表明：（1）1971年雷暴大風(fēng)出現(xiàn)天數(shù)最多，2006和2014年出現(xiàn)最少。雷暴大風(fēng)總?cè)諗?shù)顯著減少，6～8月減少更為明顯。1989年前后發(fā)生突變。7月雷暴大風(fēng)出現(xiàn)最多，其次6月和8月。（2）日變化呈單峰結(jié)構(gòu)，16～18時(shí)為出現(xiàn)的集中時(shí)段。（3）頻發(fā)區(qū)集中在兩個(gè)區(qū)域，一個(gè)位于黃河以北和沿黃河附近地勢(shì)較為平坦的地區(qū)，另一個(gè)位于南陽盆地及伏牛山脈東側(cè)。這與造成雷暴大風(fēng)的天氣尺度和中尺度系統(tǒng)及地形有關(guān)。不同區(qū)域雷暴大風(fēng)出現(xiàn)的日數(shù)和持續(xù)時(shí)間有所不同。（4）區(qū)域性雷暴大風(fēng)6月出現(xiàn)最多，其次為7月，9月出現(xiàn)最少；呈逐年減少趨勢(shì)。（5）近10a來，5、6月雷暴大風(fēng)明顯減少，8月呈明顯增多趨勢(shì)。

雷暴大風(fēng)；氣候特征；時(shí)空分布；變化趨勢(shì)

引言

雷暴大風(fēng)，即對(duì)流性大風(fēng)，是強(qiáng)對(duì)流天氣的一種，氣象上的定義是指雷暴與大風(fēng)相伴的天氣現(xiàn)象，其中的大風(fēng)是由強(qiáng)對(duì)流帶來的除龍卷以外的地面災(zāi)害性強(qiáng)陣風(fēng)，風(fēng)力達(dá)到或超過8級(jí)（≥17.2m·s-1）。雷暴大風(fēng)天氣學(xué)尺度不一，常會(huì)成片出現(xiàn)［1］，往往伴隨著局地冰雹、短時(shí)強(qiáng)降水等災(zāi)害天氣。由于其來勢(shì)猛、強(qiáng)度大，給農(nóng)業(yè)［2］、航空、人民生活［3］等造成了巨大的影響，甚至經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。雷暴大風(fēng)是河南主要災(zāi)害性天氣之一，如2009年6月3日雷暴大風(fēng)給河南商丘地區(qū)造成18人死亡、81人受傷，直接經(jīng)濟(jì)損失14.5億元［4］。

目前，已有工作對(duì)部分直轄市和省份雷暴大風(fēng)氣候特征進(jìn)行了分析［1，5－7］，發(fā)現(xiàn)雖所分析的區(qū)域不同，亦存在相似的變化，如雷暴大風(fēng)年際變化均呈顯著減少趨勢(shì)；其出現(xiàn)最多的月份多為7月；多在下午出現(xiàn)等。而雷暴大風(fēng)空間分布特征均受地形等影響而有所不同。

河南省對(duì)雷暴大風(fēng)天氣過程的環(huán)境條件、短臨預(yù)警等方面的研究較多［4，8］，而對(duì)其氣候特征研究較少。本文將對(duì)河南省雷暴大風(fēng)氣候特征進(jìn)行深入的分析研究，以便為這類災(zāi)害性天氣的預(yù)報(bào)提供參考。

1 資料和方法

本文采用的資料為1970～2015年的5～9月大風(fēng)和雷暴資料，其中2013年及以前的資料均為河南省114個(gè)市縣級(jí)觀測(cè)站的地面整編資料，大風(fēng)和雷暴實(shí)況均以地面觀測(cè)記錄為準(zhǔn)。自2014年開始，因雷暴的地面觀測(cè)取消，故文中改為采用重要天氣報(bào)資料，與大風(fēng)地面觀測(cè)資料相結(jié)合。以北京時(shí)20時(shí)為界，當(dāng)天既觀測(cè)到瞬時(shí)大風(fēng)≥17.2m·s-1的大風(fēng)又觀測(cè)到雷暴，則記為一個(gè)雷暴大風(fēng)日。大風(fēng)出現(xiàn)的時(shí)刻即為雷暴大風(fēng)的發(fā)生時(shí)刻，如果出現(xiàn)時(shí)間較長，則分小時(shí)來記錄。

本文運(yùn)用統(tǒng)計(jì)分析方法對(duì)46a河南省雷暴大風(fēng)的天氣實(shí)況進(jìn)行資料整理和計(jì)算，給出河南省雷暴大風(fēng)天氣的年際變化、月分布、日際變化及區(qū)域分布特征等；運(yùn)用Mann－Kendall（M－K）方法進(jìn)行突變檢驗(yàn)，并通過經(jīng)驗(yàn)正交分析（EOF）等方法對(duì)河南省雷暴大風(fēng)的氣候變化特征進(jìn)行分析。

2 雷暴大風(fēng)的時(shí)間分布特征

將1970～2015年逐年5～9月出現(xiàn)雷暴大風(fēng)的日數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，見圖1?？梢姡?971年出現(xiàn)雷暴大風(fēng)d數(shù)最多，為45d，其次1977和1982年，為44d。2006和2014年，出現(xiàn)雷暴大風(fēng)日數(shù)最少，僅為14d。雷暴大風(fēng)發(fā)生超過40d的年份均在1985年及以前；低于20d的年份均在1989年及以后。

由變化趨勢(shì)上看，自1970年以來，發(fā)生天數(shù)整體呈顯著減少，變率達(dá)－0.39d·a－1，通過99%信度檢驗(yàn)。計(jì)算5～9月每月的變化趨勢(shì)得出，6～8月減少的更為顯著，尤其7月，變率為－0.14d·a－1。

將1970～2015年5～9月逐月出現(xiàn)雷暴大風(fēng)的日數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，見圖2a。可見，5～8月出現(xiàn)出現(xiàn)天數(shù)相對(duì)較多，其中7月最多，達(dá)440d，年平均9.57d；其次6月和8月，共分別出現(xiàn)328和275d，年平均分別為7.13d和5.98d。

圖1 1970～2015年逐年5～9月出現(xiàn)雷暴大風(fēng)的總?cè)諗?shù)及變化趨勢(shì)（單位：天數(shù)）

圖2 1970～2015年5～9月逐月（a）和逐時(shí)（b）出現(xiàn)雷暴大風(fēng)的總?cè)諗?shù)（單位：d）

分析雷暴大風(fēng)在逐小時(shí)出現(xiàn)的總天數(shù)，見圖2b?？梢?，雷暴大風(fēng)的日變化呈單峰結(jié)構(gòu)，12點(diǎn)后出現(xiàn)的天數(shù)逐漸增加，下午13點(diǎn)后增加迅速，18點(diǎn)達(dá)到最多，為407d，后逐漸減小。其中，16至18點(diǎn)出現(xiàn)的最為頻繁。分析5～9月逐月出現(xiàn)雷暴大風(fēng)時(shí)間的日變化（圖略）得出，每月變化曲線與圖3相似，均呈單峰結(jié)構(gòu)；6月，17至19點(diǎn)出現(xiàn)雷暴大風(fēng)日數(shù)較多，

其中18點(diǎn)最多；其它月份，最大值均在16～18點(diǎn)，其中17點(diǎn)出現(xiàn)最多。

分析每站出現(xiàn)雷暴大風(fēng)的年平均數(shù)發(fā)現(xiàn)，除高山站嵩山站外，全省每年5～9月出現(xiàn)雷暴大風(fēng)平均日數(shù)均低于2d，其中1d≤年平均天數(shù)＜2d的有45站，年平均天數(shù)＜1d的68站。

3 雷暴大風(fēng)的空間分布特征

對(duì)河南省1970～2015年5～9月每站出現(xiàn)雷暴大風(fēng)的總?cè)諗?shù)的空間分布特征的分析得出：

河南省雷暴大風(fēng)頻發(fā)區(qū)集中在兩個(gè)區(qū)域，其中出現(xiàn)日數(shù)最多的地方位于黃河以北和沿黃河附近地勢(shì)較為平坦的地區(qū)，位于焦作南部的溫縣出現(xiàn)天數(shù)最多，為78d，年平均2d。該地區(qū)夏初常受東北冷渦的影響，而東北冷渦是造成河南省風(fēng)雹類強(qiáng)對(duì)流天氣的一個(gè)重要天氣系統(tǒng)，弱冷空氣常從豫西北東移南下，造成該區(qū)強(qiáng)對(duì)流天氣頻發(fā)。另一個(gè)頻發(fā)區(qū)位于南陽盆地及伏牛山脈東側(cè)，環(huán)伏牛山分布。該區(qū)位于南陽西部的西峽站雷暴大風(fēng)出現(xiàn)最多，為77d，其次為鎮(zhèn)平站，出現(xiàn)63d，年平均分別為1.67d和1.37d。

圖3 河南省1970～2015年雷暴大風(fēng)日數(shù)的M－K突變檢驗(yàn)

圖4 河南省雷暴大風(fēng)日數(shù)和時(shí)次數(shù)EOF分解第一模態(tài)

位于海拔較低、地勢(shì)平坦的平原一帶的測(cè)站出現(xiàn)雷暴大風(fēng)的天數(shù)相對(duì)更多，而山區(qū)出現(xiàn)頻次較少，且局地性更強(qiáng)。這與產(chǎn)生雷暴大風(fēng)的重要中尺度系統(tǒng)有密切關(guān)系。對(duì)流云團(tuán)到地勢(shì)平坦之地，配合當(dāng)?shù)氐挠欣麠l件，易發(fā)展形成較大尺度的弓形回波和颮線，其為造成雷暴大風(fēng)的主要中尺度系統(tǒng)。5～9月逐月雷暴大風(fēng)出現(xiàn)日數(shù)的空間分布顯示，大值區(qū)域隨著主要影響系統(tǒng)不同而不同。6～7月，受東北冷渦和華北冷渦影響，黃河以北、沿黃地區(qū)及豫中東一帶始終為雷暴大風(fēng)高發(fā)區(qū)；7～8月，隨著熱帶系統(tǒng)的活躍北上，河南東南部伴有短時(shí)強(qiáng)降水的雷暴大風(fēng)逐漸

增多。

4 雷暴大風(fēng)的整體變化趨勢(shì)分析

4.1 M－K突變分析

Mann－Kendall檢驗(yàn)是一種常用的突變檢測(cè)方法，可以明確突變開始的時(shí)間。在M－K突變檢測(cè)中，如果原氣象序列（UF）、反向氣象序列（UB）在臨界值±1.96（α＝0.05）之間有一顯著交點(diǎn)，且UF上升超過1.96或UB下降低于－1.96，則認(rèn)為序列產(chǎn)生了突變，且這一交點(diǎn)就是突變開始點(diǎn)；反之，則認(rèn)為沒有產(chǎn)生突變。UF或UB超過臨界直線時(shí)，表明增加或減少趨勢(shì)顯著［9，10］。將1970～2015年逐年的雷達(dá)大風(fēng)總?cè)諗?shù)進(jìn)行M－K計(jì)算，結(jié)果見圖3?？梢?，UF曲線表現(xiàn)為逐年下降，超過檢驗(yàn)臨界值，說明變化發(fā)生了氣候突變，且為突變減小。根據(jù)UF與UB的交點(diǎn)位置，可確定突變開始于1989年前后。之后呈顯著減少趨勢(shì)。

4.2 經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)（EOF）分析

為了解雷暴大風(fēng)的空間分布及變化特征，對(duì)河南省114個(gè)氣象臺(tái)站1971～2015年出現(xiàn)雷暴大風(fēng)的天數(shù)和出現(xiàn)的時(shí)次數(shù)進(jìn)行EOF分解［11］，分析其方差貢獻(xiàn)、空間分布特征向量及時(shí)間特征量。其中時(shí)次數(shù)為取大風(fēng)出現(xiàn)的小時(shí)數(shù)，如持續(xù)時(shí)間很長，則為多個(gè)小時(shí)數(shù)。

結(jié)果表明，出現(xiàn)日數(shù)和時(shí)次數(shù)EOF分解第一模態(tài)的方差貢獻(xiàn)分別為27.02%和30.73%，第二模態(tài)的方差貢獻(xiàn)分別為7.39%和9.91%，二者第一模態(tài)方差貢獻(xiàn)均遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其對(duì)應(yīng)第二模態(tài)。因此，將其第一模態(tài)列于圖4。

圖5a表明，全省大部分地區(qū)呈現(xiàn)一致的變化趨勢(shì)，對(duì)應(yīng)特征時(shí)間向量表明，呈顯著減少趨勢(shì)。中心區(qū)域位于黃河以北和沿黃河一帶（A區(qū)）。雷暴大風(fēng)出現(xiàn)總時(shí)次數(shù)（圖4c）大部分地區(qū)亦呈一致的變化趨勢(shì)，對(duì)應(yīng)時(shí)間序列表明，呈顯著減少趨勢(shì)，其中心區(qū)域與前者有所不同，位于河南省中部偏東的新鄉(xiāng)、開封和周口等平原一帶（C區(qū)），范圍較圖4a小，沿黃河附近的濟(jì)源、焦作、鄭州等地區(qū)（B區(qū)）中心減弱。對(duì)比可見，A區(qū)出現(xiàn)雷暴大風(fēng)的天數(shù)多，頻率高，但其中沿黃河附近的中西段海拔較低地區(qū)（B區(qū)）持續(xù)時(shí)間較短；而C區(qū)平原地區(qū)出現(xiàn)天數(shù)多，且持續(xù)時(shí)間長；D區(qū)同樣為平原地區(qū)，出現(xiàn)天數(shù)雖然較小，但出現(xiàn)雷暴大風(fēng)后持續(xù)時(shí)間較長。

5 區(qū)域性雷暴大風(fēng)的時(shí)間分布及變化

對(duì)于每次雷暴大風(fēng)天氣而言，范圍大小差別很大（表1）。僅1個(gè)站出現(xiàn)雷暴大風(fēng)的日數(shù)最多，達(dá)501天，占總天數(shù)的39.3%，2個(gè)站的雷暴大風(fēng)日數(shù)占17.4%，1～2個(gè)站的雷暴大風(fēng)占總?cè)諗?shù)的56.7%。定義有5站以上（≥5站）出現(xiàn)雷暴大風(fēng)，定義為區(qū)域性雷暴大風(fēng)［6］。區(qū)域性雷暴大風(fēng)占總?cè)諗?shù)的24.2%?？梢?，雷暴大風(fēng)天氣仍然以局地性為主，但區(qū)域性過程也時(shí)有發(fā)生。

表1 1970～2015年5～9月雷暴大風(fēng)站數(shù)及對(duì)應(yīng)天數(shù)分布

區(qū)域性雷暴大風(fēng)6月出現(xiàn)最多，1970～2015年共出現(xiàn)111d，年平均2.41d·a－1，其次為7月，出現(xiàn)96d，年平均2.09d·a－1，其次為5月，9月出現(xiàn)最少，僅為12d。

計(jì)算區(qū)域性雷暴大風(fēng)總?cè)諗?shù)的年際變化（圖略），表明，1989年突變前，出現(xiàn)總?cè)諗?shù)明顯多于突變后，其中1971年最多，達(dá)17天；而突變后除2004年達(dá)11d外，其余均在10d以一下，尤其2006年以來，最多僅為6d，最少為1d。

6 近年來雷暴大風(fēng)的變化

由以上分析已表明，整體而言，自1970年以來，局地和區(qū)域性雷暴大風(fēng)無論出現(xiàn)日數(shù)和時(shí)次數(shù)均呈顯著減少趨勢(shì)，但5～9月逐月分析表明，近幾年各月的變化趨勢(shì)不盡相同，選取2000年以來變化較明顯的6～8月出現(xiàn)日數(shù)及總?cè)諗?shù)，見圖5。

所有雷暴大風(fēng)逐月的年際變化表明，5、6月近10a來呈明顯減少區(qū)域，其中5月2008年以來、6月

2004年以來減少更為顯著，6月2010年以來均低于46年平均的7.13d·a－1；9月自2010年以來，始終維持低谷階段，最多每年出現(xiàn)2天；而8月呈明顯增多趨勢(shì)（圖6g），近年最多每年出現(xiàn)11天。區(qū)域性雷暴大風(fēng)近幾年變化趨勢(shì)與總?cè)諗?shù)的相似。

圖5 2000～2015年6～8月區(qū)域性雷暴大風(fēng)和所有的雷暴大風(fēng)總?cè)諗?shù)年際變化（單位：天數(shù)）

7 小結(jié)

（1）自1970年以來，河南省雷暴大風(fēng)總?cè)諗?shù)呈顯著減少，6～8月減少更為明顯，尤其7月，變率為－0.14·a－1。1971年出現(xiàn)雷暴大風(fēng)天數(shù)最多，2006和2014年出現(xiàn)最少。7月雷暴大風(fēng)出現(xiàn)最多，其次6月和8月。全省各站每年5～9月出現(xiàn)雷暴大風(fēng)平均日數(shù)均低于2d。

（2）雷暴大風(fēng)的日變化呈單峰結(jié)構(gòu)，下午13h后增加迅速，18h達(dá)到最多，后逐漸減小；16～18h為出現(xiàn)的集中時(shí)段。

（3）河南省雷暴大風(fēng)頻發(fā)區(qū)集中在兩個(gè)區(qū)域，一個(gè)位于黃河以北和沿黃河附近地勢(shì)較為平坦的地區(qū)，另一個(gè)位于南陽盆地及伏牛山脈東側(cè)，環(huán)伏牛山分布。這與造成雷暴大風(fēng)的天氣尺度和中尺度系統(tǒng)及地形有關(guān)。

（4）河南省雷暴大風(fēng)年際變化突變開始于1989年前后，之后呈顯著減少趨勢(shì)。

（5）不同區(qū)域雷暴大風(fēng)出現(xiàn)的日數(shù)和持續(xù)時(shí)間有所不同。沿黃河附近的中西段海拔較低地區(qū)出現(xiàn)雷暴大風(fēng)日數(shù)較多，但均持續(xù)時(shí)間短；河南省中部偏東的新鄉(xiāng)、開封和周口等平原一帶出現(xiàn)日數(shù)較多，持續(xù)時(shí)間更長；豫東南的漯河、駐馬店一帶平原地區(qū)出現(xiàn)日數(shù)較少，但每次持續(xù)時(shí)間較長。

（6）河南省雷暴大風(fēng)以局地性為主，但區(qū)域性過程也時(shí)有發(fā)生。區(qū)域性雷暴大風(fēng)6月出現(xiàn)最多，其次為7月，9月出現(xiàn)最少。其年際變化亦呈顯著減少趨勢(shì)。

（7）近10a來，5、6月雷暴大風(fēng)明顯減少，9月始終維持少的水平，8月呈明顯增多趨勢(shì)。區(qū)域性雷暴大風(fēng)的變化趨勢(shì)與總?cè)諗?shù)的相似。

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Climate Characteristics and Changing Trend of Thunder-gust during Recent Years of Henan

Cui Liman
(1.Hennan Key Laboratory of Agrometeorological Support and Applied Technique，Zhengzhou 450003，China;2.Henan Meteorological Observatory,Zhengzhou 450003，China)

Based on the statistical methods on the basis of the conventional observation data and the important weather data of thunder-gust gale in May to September from 1970 to 2015,the climatic feather and temporal and spatial distribution characteristics of thunder-gust gale in Henan province and the changes in recent years were analyzed.The results show that:(1)thunder-gust gale days up to the most in 1971,and the least in 2006 and 2014.The total number of thunder-gust gale is significantly decreased,and the decrease is more obvious from June to August.Around 1989,there is a more obvious turning point in the days of thunder-gust gale.Thunder-gust gale appears is most in July,followed by June and August.(2)Diurnal variation shows a single peak type,and the concentration time period is 18:00~16:00.(3)the most frequent occurrence of thunder-gust gale are concentrated in two areas, one is located in the north of the Yellow River and the relatively flat terrain along the Yellow River,the other area is located on the eastern side of the basin ofNanyang and the eastern side of the Funiu mountain range.The area of thunder-gust gale is related to the scale of the weather systems and the terrain.The times and duration of thunder-gust gale are different in different regions.(4)Widespread thunder-gust gale appears in June the most,followed by July and the least in September,shows decreasing trend year by year.(5)In recent 10 year,thunder-gust gale frequency decrease significantly in May and June,but increase significantly in August.

thunder-gust;climatic characteristic;temporal and spatial distribution;trend

P46

A

1673-8411（2016）03-0033-05

2015-12-10

中國氣象局預(yù)報(bào)員專項(xiàng)（CMAYBY2015-044）；河南省氣象局強(qiáng)對(duì)流預(yù)報(bào)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)。

崔麗曼（1982-），女，滿族，內(nèi)蒙古赤峰市人，工程師，碩士，從事天氣預(yù)報(bào)工作。