1954—2013年連州市雷暴日數(shù)的統(tǒng)計(jì)特征

阮楚雯，鄧福興，李少遠(yuǎn)

（連州市氣象局，廣東連州 513400）

1954—2013年連州市雷暴日數(shù)的統(tǒng)計(jì)特征

阮楚雯，鄧福興，李少遠(yuǎn)

（連州市氣象局，廣東連州 513400）

利用1954—2013年連州市雷暴觀(guān)測(cè)資料，采用Mann-Kendall檢驗(yàn)、回歸分析、小波分析等，研究了連州市雷暴的氣候變化特征。結(jié)果表明：1954—2013年連州市年平均雷暴日數(shù)為69.2 d，雷暴日數(shù)以每年0.44 d的速率減少，減少趨勢(shì)非常顯著；用M-K法檢測(cè)出雷暴日數(shù)在1995年發(fā)生突變。全年均有雷暴發(fā)生，月分布呈單峰型的特征，主要集中在夏季，冬季出現(xiàn)雷暴的幾率很小。初雷主要出現(xiàn)在2月份，終雷主要出現(xiàn)在9月份，雷暴持續(xù)期相對(duì)較長(zhǎng)，年際差異較大，由小波分析得出雷暴日數(shù)存在準(zhǔn)2、準(zhǔn)6和準(zhǔn)10年的周期震蕩。

氣候特征；雷電防御；雷暴日數(shù)；小波分析；M-K檢驗(yàn)；連州市

雷暴為中γ尺度伴有雷鳴、閃電的強(qiáng)對(duì)流性天氣，是一種局部而激烈的放電現(xiàn)象。雷暴災(zāi)害是我國(guó)十大自然災(zāi)害之一［1-2］，對(duì)人畜、建筑、電子設(shè)備等產(chǎn)生極大的危害，給人民的日常生活、國(guó)民經(jīng)濟(jì)、生產(chǎn)活動(dòng)造成嚴(yán)重的威脅。因此對(duì)雷暴的活動(dòng)規(guī)律、氣候特征的研究成為眾多學(xué)者的重要研究?jī)?nèi)容［3-5］。段?；ǖ龋?］研究了粵東北雷暴時(shí)空的變化特征，指出粵東北雷暴日數(shù)總體呈現(xiàn)明顯減少的趨勢(shì)，年代差異較大。毛慧琴［8］等揭示出廣東省的雷暴主要是由熱力條件引起。近幾年來(lái)，連州市經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，高層建筑和現(xiàn)代化高技術(shù)電子產(chǎn)品的日益普及，雷電災(zāi)害隱患越來(lái)越大。如何減少雷暴帶來(lái)的危害，開(kāi)展防雷監(jiān)測(cè)、預(yù)警預(yù)報(bào)、雷電災(zāi)害防御與管理等工作，備受社會(huì)的關(guān)注。因此，有必要對(duì)連州市多年雷暴進(jìn)行統(tǒng)計(jì)研究，分析了解其變化規(guī)律，以期為雷電預(yù)警、預(yù)報(bào)提供科學(xué)依據(jù)。

1 資料和方法

利用連州市地面氣象觀(guān)測(cè)站1954—2013年完整的逐日雷暴資料，運(yùn)用Mann-Kendall（MK）突變檢驗(yàn)、回歸分析及小波分析等，對(duì)連州市歷年雷暴日數(shù)及初雷日、終雷日，以及雷暴日數(shù)的周期變化等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。根據(jù)我國(guó)氣象觀(guān)測(cè)規(guī)范定義，氣象日界為每日20：00；雷暴日為一年中有雷暴現(xiàn)象的天數(shù)，一天中只要聽(tīng)到一次或一次以上的雷聲就算一個(gè)雷暴日。此外根據(jù)華南地區(qū)的特點(diǎn)，將3—5月、6—8月、9—11月、12—次年2月分別定為春、夏、秋、冬4季。

M-K突變檢驗(yàn)方法是非參數(shù)方法，其優(yōu)點(diǎn)是不需要樣本遵從一定的分布，也不受少數(shù)異常值的干擾，更適用于類(lèi)型變量和順序變量，可以用來(lái)檢驗(yàn)突變及變化趨勢(shì)。本研究利用M-K方法對(duì)近60年來(lái)連州市雷暴日數(shù)變化趨勢(shì)進(jìn)行突變檢驗(yàn)，取顯著性水平ɑ=0.05，即臨界值U0.05=±1.96。

2 雷暴日數(shù)的統(tǒng)計(jì)特征

2.1 年變化

圖1是連州市1954—2013年年平均雷暴日數(shù)逐年分布，以60年的雷暴日數(shù)平均值69.2 d為0刻度線(xiàn)，很好的表示了歷年雷暴日數(shù)的距平值和變化趨勢(shì)。根據(jù)國(guó)內(nèi)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)［9］，年平均雷暴日為41～90 d的屬于多雷區(qū)，因此連州為多雷區(qū)。從圖1中雷暴日數(shù)分布和5年平滑線(xiàn)可以看出連州歷年雷暴日數(shù)分布不均勻，最多雷暴日數(shù)年份為1975年107 d，最少雷暴日數(shù)年份為2008年46 d。在60年間，雷暴日數(shù)超出平均值的有32年，其中1954—1985年有25年超出平均值，尤其1967—1983年雷暴日數(shù)連續(xù)17年超過(guò)均值。雷暴日數(shù)少發(fā)期集中在1986—2013年，共有22年低于平均值，其中1998—2006年雷暴日數(shù)最少。雷暴日數(shù)的年際變化線(xiàn)性擬合趨勢(shì)，通過(guò)了0.01顯著性水平檢驗(yàn)，可見(jiàn)1961—2013年連州年雷暴日數(shù)以每年0.44 d的速率顯著減少，近60年來(lái)約減少了26 d，這與段?；ǖ龋?］研究粵東北部雷暴次數(shù)呈現(xiàn)逐漸減少的總趨勢(shì)是一致的。

圖1 1954—2013年連州市雷暴日數(shù)逐年變化

從年代際變化（表略）可以看出連州雷暴日數(shù)年代際間差異顯著，從20世紀(jì)50年代到21世紀(jì)初，雷暴發(fā)生日數(shù)變化較大，20世紀(jì) 70年代最多，然后逐年遞減，而進(jìn)入21世紀(jì)以后，雷暴日數(shù)明顯減少，年均為55.2 d。經(jīng)過(guò)趨勢(shì)分析，20世紀(jì)60年代到21世紀(jì)初雷暴日數(shù)傾向率均為負(fù)值，分別約以0.685、0.327、3.721、1.346和0.258 d/年的速率在下降。其中20世紀(jì) 80年代下降的趨勢(shì)最為明顯，而60、70年代和21世紀(jì)雷暴日數(shù)沒(méi)有顯著的減少趨勢(shì)；20世紀(jì)50年代表現(xiàn)為明顯的上升趨勢(shì)，約以2.66 d/年的速率在上升。從總體趨勢(shì)看，雷暴日數(shù)以每10年減少4.42 d的顯著趨勢(shì)下降，該趨勢(shì)大致與廣東省的平均水平（-0.48 d/年）［10］持平。

2.2 突變特征

對(duì)連州1961—2013年雷暴序列用M-K法［11］進(jìn)行突變分析，結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 連州市雷暴日數(shù)M-K突變檢驗(yàn)

從圖2中UF曲線(xiàn)的變化趨勢(shì)可以看到，雷暴日數(shù)在20世紀(jì)80年代呈明顯的下降趨勢(shì)，90年代中期略為上升，從90年代后期持續(xù)下降，并在1986年左右超過(guò)了顯著性水平為0.05的臨界線(xiàn)。另外，從UF和UB曲線(xiàn)的交點(diǎn)位置可以確定雷暴日數(shù)在1995年出現(xiàn)了突變。

2.3 月、季變化

1954—2013年連州各月均有雷暴發(fā)生，平均月雷暴日數(shù)在0.1～16.6 d，月際之間雷暴日數(shù)相差較大。從月平均雷暴變化曲線(xiàn)（圖略）可以看出，月變化曲線(xiàn)呈單峰型，峰值出現(xiàn)在8月（13.1 d）。其中3—9月為雷暴高發(fā)期，平均出現(xiàn)65.3個(gè)雷暴日，占全年雷暴日數(shù)的94.46%，最多為1975年的96 d，最少為2008年的38 d，其中又以夏季出現(xiàn)日數(shù)最多，占全年雷暴日數(shù)的50.67%，春季次之，冬季最少，僅占3.81%。10月至次年2月平均3.8 d，僅占全年雷暴日數(shù)的5.54%，其中1和12月最少，60年來(lái)出現(xiàn)的總?cè)諗?shù)分別為15和5 d，說(shuō)明這2個(gè)月出現(xiàn)雷暴的可能性非常小?？梢?jiàn)連州市雷暴活動(dòng)具有明顯的集中性和季節(jié)性分布的特點(diǎn)。

對(duì)比歷年月平均降水量、氣溫變化曲線(xiàn)發(fā)現(xiàn)氣溫與雷暴分布狀況基本一致（圖略），呈現(xiàn)單峰型。計(jì)算歷年月平均雷暴與降水量、溫度之間的相關(guān)系數(shù)分別為0.81、0.80，均達(dá)到0.01（r0.01=0.80）的顯著水平，月平均雷暴日數(shù)與降水、氣溫之間呈現(xiàn)明顯的正相關(guān)，月平均雷暴日數(shù)與降水、氣溫有一定的相關(guān)性，表明水汽條件、熱力條件對(duì)雷暴的形成是有利的。

2.4 雷暴初、終日特征

初雷、終雷是很重要的氣候指標(biāo)，連州初雷主要出現(xiàn)在每年的2月份，其次是3月份，分別占了43.3%、30%，最早一年是在1956年的1月2日，最晚一年是2011年的4月28日。終雷主要出現(xiàn)在每年的9月，其次是10月，分別占到了43.3%、26.7%，其中最早終雷是1991年9月4日，最晚是1989年12月31日。雷暴初、終日之間的日數(shù)稱(chēng)為持續(xù)期，初、終日的變化必然會(huì)造成持續(xù)期發(fā)生變化。連州1954—2013年雷暴持續(xù)期長(zhǎng)，而雷暴持續(xù)期的氣候傾向率為-0.03 d/年，年際差異變化大，平均為239 d，最長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間在2002年有340 d，持續(xù)時(shí)間最短的為169 d，發(fā)生在2011年，兩者相差了171 d。

雷暴初、終日的保證率分析［12］是雷暴風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的重要指標(biāo)，不同保證率的初、終日對(duì)雷暴的預(yù)警預(yù)報(bào)提供了一定的依據(jù)，對(duì)交通運(yùn)輸、旅游等行業(yè)具有重要意義。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)頻率公式計(jì)算雷暴初、終日保證率：

其中，m為雷暴初（終）日，由后（前）向前（后）排列的序號(hào)；n為樣本數(shù)60；P為保證率（%）。由公式定義可知，P越低的初雷日期前發(fā)生初雷概率越高，P越高的終雷日期前發(fā)生終雷概率越高［9］。計(jì)算得到不同保證率的可能初、終日如表1。

表1 連州雷暴初、終日（月-日）保證率

由表1可知，60年來(lái)連州雷暴初日出現(xiàn)較早，20%保證率出現(xiàn)在3月中旬，而80%保證率出現(xiàn)在2月初，說(shuō)明連州市初雷大多出現(xiàn)在2月初到3月中旬。時(shí)間越推遲，不受雷暴危害的可靠程度越低，即雷暴出現(xiàn)的機(jī)率越大。連州雷暴結(jié)束時(shí)間較晚，90%保證率雷暴結(jié)束日期為11月下旬，20%保證率終雷日期在9月下旬，說(shuō)明9月下旬雷暴結(jié)束的可能性很小，這一階段特別要注意雷暴的發(fā)生。表1中雷暴保證率表明連州雷暴現(xiàn)象一年中任意時(shí)期都有可能發(fā)生，防雷減災(zāi)工作隨時(shí)都要進(jìn)行。

2.5 雷暴周期特征

通過(guò)對(duì)連州1954—2013年雷暴日數(shù)序列進(jìn)行Morlet小波分析，從小波系數(shù)圖3可知，連州市雷暴日數(shù)存在多重時(shí)間周期尺度上的嵌套結(jié)構(gòu)現(xiàn)象，存在準(zhǔn)2、準(zhǔn)6和準(zhǔn)10年的周期震蕩。其中，準(zhǔn)10和準(zhǔn)6年周期震蕩比較穩(wěn)定，60年間始終存在；準(zhǔn)2年周期主要表現(xiàn)在1993—2013年。在準(zhǔn)10年的年代際時(shí)間變換尺度上，經(jīng)歷了1955—1965、1975—1985和1993—2003年雷暴偏多期；而在準(zhǔn)6年的時(shí)間尺度上，則經(jīng)歷了1958—1965、1970—1976、1983—1988、1993—1998和2003—2008年的雷暴多發(fā)期。

圖3 1954—2013年連州市年雷暴日數(shù)的小波分析時(shí)頻分布

3 結(jié)論

1）連州市屬于多雷區(qū)，1954—2013年平均雷暴日數(shù)為69.2 d，年際變化較大，最多為107 d，最小為46 d，年雷暴日數(shù)呈顯著減少趨勢(shì)，變化率為-044 d/年，1995年前后發(fā)生了突變。其階段性變化明顯，自20世紀(jì)60年代以來(lái)整體有下降趨勢(shì)，高發(fā)年份主要集中在20世紀(jì)70年代至80年代，而雷暴少發(fā)期集中在1999—2013年。

2）連州市雷暴日數(shù)的月和季節(jié)變化明顯，月分布呈單峰型，各月都有雷暴發(fā)生的可能。3—9月為雷暴高發(fā)期，10—次年2月為雷暴低發(fā)期。其中夏季最多、春季次之、冬季最少。多年平均雷暴日數(shù)序列與相應(yīng)的降水、氣溫序列之間呈現(xiàn)明顯的正相關(guān)。

3）連州初雷主要出現(xiàn)在2月，終雷主要在9月。初、終雷之間持續(xù)期相對(duì)較長(zhǎng)，年際差異變化大，平均為239 d。連州雷暴80%保證率初雷都在 2月 2日，而80%保證率終雷在11月 16日。

4）近60年來(lái)，連州地區(qū)雷暴日數(shù)呈現(xiàn)弱的減少趨勢(shì)，并存在多重時(shí)間周期尺度上的嵌套結(jié)構(gòu)現(xiàn)象，存在準(zhǔn)2、準(zhǔn)6和準(zhǔn)10年的周期震蕩。

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Statistical Characteristics of the Number of Thunderstorm Days in Lianzhou City in 1954—2013

RUAN Chu-wen，DENG Fu-xing，LI Shɑo-yuɑn
（Meteorological Bureau of Lianzhou City，Lianzhou 513400）

With the observational data of thunderstorms of Lianzhou from 1954 to 2013 and the methods of Mann-Kendall test，regression analysis and wavelet analysis，we studied the characteristics of climatological variation of thunderstorms in the city.The result is shown as follows.The average number of thunderstorm days in the years is 69.2 d and it decreases significantly at a rate of 0.44 d per year.An abrupt change took place in 1995，as shown in Mann-Kendall tests.In Lianzhou，thunderstorms can occur all the year round，with the monthly distribution in a unimodal pattern，but mostly in summer while scarcely in winter.The annually first thunderstorm is mainly in February and the last thunderstorm in September，which makes a relatively long period of occurrence.As shown in wavelet analysis，the number of thunderstorm days fluctuates at periods of quasi-2，quasi-6 and quasi-10 years.

number of thunderstorm days；climatological characteristics；wavelet analysis；Mann-Kendall test；Lianzhou City

P46

A

10.3969/j.issn.1007-6190.2016.05.007

2016-03-22

阮楚雯（1990年生），女，助理工程師，主要從事天氣預(yù)警預(yù)報(bào)服務(wù)。E-mail：864686032@qq.com

阮楚雯，鄧福興，李少遠(yuǎn).1954—2013年連州市雷暴日數(shù)的統(tǒng)計(jì)特征［J］.廣東氣象，2016，38（5）：29-32.