1958—2013年本溪地區(qū)雷暴日數(shù)變化特征分析

高艷波 譚政華 秦瑜 崔曜鵬

摘要利用1958—2013年本溪地區(qū)雷暴天氣觀測(cè)資料，采用線性傾向分析、高斯濾波、M-K突變檢驗(yàn)及小波分析方法，對(duì)近56年本溪地區(qū)雷暴日數(shù)變化特征進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，近56年本溪地區(qū)年雷暴日數(shù)呈現(xiàn)顯著下降趨勢(shì)；在年代際尺度上，本溪地區(qū)雷暴日數(shù)在20世紀(jì)60年代中后期和90年代初期較常年偏多，1995年后雷暴日數(shù)較常年偏少；本溪地區(qū)年雷暴日數(shù)56年時(shí)間序列沒(méi)有明顯的突變特征，但存在準(zhǔn)2～5年、準(zhǔn)10年和準(zhǔn)30年周期，且準(zhǔn)2～5年和準(zhǔn)10年周期有隨時(shí)間增強(qiáng)趨勢(shì)，振蕩周期隨時(shí)間有所加長(zhǎng)。

關(guān)鍵詞雷暴日數(shù)；變化趨勢(shì)；周期特征；本溪地區(qū)

中圖分類號(hào)S16文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼

A文章編號(hào)0517-6611（2017）19-0198-02

Analysis on the Change Characteristics of Thunderstorm Days in Benxi Area from 1958 to 2013

GAO Yanbo，TAN Zhenghua，QIN Yu et al

（Benxi City Meteorological Bureau，Benxi，Liaoning 117000）

AbstractUsing the observation data of thunderstorms in Benxi area from 1958 to 2013，the characteristics of thunderstorm days in Benxi area in recent 56 years were analyzed by linear trend analysis，Gaussian filter，MK mutation test and wavelet analysis method.The results showed that the thunderstorms days in Benxi area had decreased significantly in the past 56 years.On the interdecadal scale，the thunderstorm days in Benxi area was higher than that in the mid-1960s and early-1990s，and the thunderstorm days was less than normal after 1995.There were no obvious mutations in the time series of the thunderstorms in Benxi area，but there were quasi-2 to 5 years，quasi-10-year and quasi-30-year cycles，and the quasi-2 to 5 years and quasi-10-year periods had a tendency to increase with time，and the oscillation cycle has lengthened with time.

Key wordsThunderstorm days；Change trend；Cycle characteristics； Benxi area

雷暴天氣是強(qiáng)對(duì)流天氣的一種，是春夏季節(jié)常見(jiàn)的災(zāi)害性天氣之一。雷暴天氣伴隨的強(qiáng)烈放電現(xiàn)象，對(duì)人類活動(dòng)及生產(chǎn)生活有較大影響。近年來(lái)，許多學(xué)者對(duì)氣候變化背景下不同地區(qū)雷暴天氣的分布特征及演變規(guī)律進(jìn)行了研究[1-5]。鞏崇水等[1]研究發(fā)現(xiàn)，我國(guó)雷暴天氣在年代際尺度上的多發(fā)期分別為20世紀(jì)80年代和2000年之后，20世紀(jì)90年代為雷暴天氣少發(fā)期，且最低水平出現(xiàn)在1997年前后，2000年后雷暴日數(shù)再次呈增加趨勢(shì)；

丁旻[3]分析指出，貴州省年均雷暴日數(shù)隨時(shí)間顯著下降，且年均雷暴日數(shù)在1995年后發(fā)生明顯突變，突變前年均雷暴日數(shù)偏多，突變后轉(zhuǎn)為偏少。

孫麗等[6]研究指出，遼寧西部及東北部地形復(fù)雜區(qū)域?yàn)檫|寧地區(qū)年均雷暴日數(shù)高值區(qū)，且遼寧地區(qū)年雷暴日數(shù)有隨時(shí)間下降趨勢(shì)；

東北地區(qū)雷暴天氣的主要影響因子包括東北冷渦、西太平洋副熱帶高壓以及局地地形因素等。

本溪市地處遼寧東部山區(qū)，地形復(fù)雜，局地對(duì)流性天氣多發(fā)。初夏季節(jié)，本溪地區(qū)易受東北冷渦影響，是遼寧地區(qū)雷暴、冰雹等強(qiáng)對(duì)流天氣的多發(fā)區(qū)域之一。研究本溪地區(qū)的雷暴活動(dòng)規(guī)律，對(duì)了解氣候變化背景下遼寧東部地區(qū)雷暴天氣的發(fā)生規(guī)律及變化特征具有重要意義。另外，雷暴的產(chǎn)生與對(duì)流性天氣密切相關(guān)，通過(guò)研究雷暴日數(shù)的演變特征，不僅可以反映本溪地區(qū)雷暴活動(dòng)的氣候規(guī)律，對(duì)該地區(qū)強(qiáng)對(duì)流天氣的發(fā)生規(guī)律及演變趨勢(shì)也有一定反映。筆者利用本溪地區(qū)4個(gè)國(guó)家地面觀測(cè)站1958—2013年天氣現(xiàn)象觀測(cè)資料，采用線性傾向分析、高斯濾波、M-K突變檢驗(yàn)及小波分析方法，分析近56年本溪地區(qū)雷暴天氣的特征及演變規(guī)律。

1資料與方法

利用本溪地區(qū)4個(gè)國(guó)家地面觀測(cè)站（本溪市區(qū)、本溪縣、桓仁縣、草河口）1958—2013年天氣現(xiàn)象觀測(cè)資料，統(tǒng)計(jì)各站年雷暴日數(shù)，并以4站雷暴日數(shù)的年平均值作為本溪地區(qū)的年雷暴日數(shù)，通過(guò)線性傾向分析、高斯濾波、M-K突變檢驗(yàn)及小波分析方法，從雷暴日數(shù)的年際、年代際尺度變化及突變、周期特征角度，對(duì)近56年本溪地區(qū)雷暴天氣的特征及演變規(guī)律進(jìn)行分析。

2雷暴日數(shù)年際、年代際變化特征

由圖1a可知，1958—2013年本溪地區(qū)雷暴日數(shù)年際變化較明顯，近56年平均雷暴日數(shù)為29 d/a，其中雷暴活動(dòng)較多的年份有1959、1971、1986和1994年，年雷暴日數(shù)分別為46、42、38和44 d，超出56年平均值近3成。雷暴日數(shù)較多的年份均出現(xiàn)在2000年以前，而雷暴日數(shù)較少的年份主要分布在2000年之后，其中雷暴日數(shù)最少的年份為2007年，全年雷暴活動(dòng)日數(shù)僅22 d。線性擬合發(fā)現(xiàn)，本溪地區(qū)年雷暴日數(shù)與時(shí)間變化呈現(xiàn)明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)r為-0.233，超過(guò)α=0.1的顯著性水平。說(shuō)明近56年來(lái)本溪地區(qū)年雷暴日數(shù)有明顯的下降趨勢(shì)，下降速度為0.8 d/10 a。

為進(jìn)一步研究本溪地區(qū)年雷暴日數(shù)的年代際尺度變化特征，以1981—2010年的年雷暴日數(shù)為基準(zhǔn)作為常年值，計(jì)算本溪地區(qū)年雷暴日數(shù)距平，并對(duì)距平序列進(jìn)行了9年平滑高斯濾波，得到年代尺度上的雷暴日數(shù)距平序列（圖1b）。從圖1b可知，從年代尺度上，以1995年為界，1960—1995年本溪地區(qū)年雷暴日數(shù)年代初度變化明顯，其中20世紀(jì)60年代中后期（1965—1969年）和90年代初期（1991—1994年）為年代際尺度的正距平期，雷暴日數(shù)較常年平均值偏多明顯，在年際距平上，這2個(gè)時(shí)段的正距平年份較為集中；而在1995年后，本溪地區(qū)雷暴日數(shù)的年代際變化表現(xiàn)為負(fù)距平為主，年際尺度上也多表現(xiàn)為負(fù)距平。說(shuō)明進(jìn)入21世紀(jì)后，本溪地區(qū)年雷暴日數(shù)明顯減少，雷暴活動(dòng)較常年平均偏少。

3雷暴日數(shù)時(shí)間序列的突變及周期演變特征

從圖2可以看出，1960—2000年

本溪地區(qū)年雷暴日數(shù)的2次年代際尺度波動(dòng)在UF曲線的變化趨勢(shì)上有明顯體現(xiàn)，但2次波動(dòng)造成的雷暴日數(shù)增多現(xiàn)象均沒(méi)有通過(guò)顯著性檢驗(yàn)。進(jìn)入21世紀(jì)后，本溪地區(qū)雷暴日數(shù)呈現(xiàn)逐年下降趨勢(shì)，但這種下降趨勢(shì)同樣沒(méi)有通過(guò)顯著性檢驗(yàn)，說(shuō)明盡管1995年后本溪地區(qū)年雷暴日數(shù)呈下降趨勢(shì)，但這種下降趨勢(shì)并不是由于雷暴日數(shù)的突然增加和突然減少造成，本溪地區(qū)年雷暴日數(shù)56年時(shí)間序列的突變特征并不明顯。

從圖3可看出，本溪地區(qū)雷暴日數(shù)56年序列中比較明

顯的周期演變規(guī)律為準(zhǔn)2～5年、準(zhǔn)10年和準(zhǔn)30年，且30年以下的周期演變規(guī)律隨時(shí)間變化較為明顯。從小波分析實(shí)部（圖3a）可以看出，對(duì)于準(zhǔn)10年周期，20世紀(jì)80年代前這一周期振蕩信號(hào)并不顯著，20世紀(jì)80年代后這一周期振蕩規(guī)律逐漸明顯，且振蕩周期有隨時(shí)間逐漸加長(zhǎng)的趨勢(shì)，到20世紀(jì)90年代中期，這一準(zhǔn)10年振蕩周期逐漸演變?yōu)闇?zhǔn)13年左右的周期振蕩，且周期信號(hào)明顯增強(qiáng)。對(duì)于準(zhǔn)2～5年周期振蕩信號(hào)，在1995年之后，這一信號(hào)也有所增強(qiáng)且振蕩周期逐漸加長(zhǎng)為準(zhǔn)5年，這一時(shí)期與前述分析中指出的本溪地區(qū)年雷暴日數(shù)在年代際尺度上呈現(xiàn)下降趨勢(shì)的時(shí)間段有一定對(duì)應(yīng)關(guān)系，說(shuō)明本溪地區(qū)自20世紀(jì)末期開(kāi)始雷暴日數(shù)的下降與雷暴日數(shù)準(zhǔn)10年、準(zhǔn)5年振蕩信號(hào)增強(qiáng)之前存在一定聯(lián)系，但這種對(duì)應(yīng)關(guān)系及其可能機(jī)制有待進(jìn)一步研究。

4結(jié)論與討論

（1）近56年本溪地區(qū)年雷暴日數(shù)年際變化呈現(xiàn)明顯的逐年下降特征，下降速度為0.8 d/10 a。而在年代際尺度上，以1995年為界，20世紀(jì) 60年代到20世紀(jì)末（1960—1995年）本溪地區(qū)雷暴日數(shù)年代變化顯著，其中20世紀(jì)60年代中后期和90年代初期為2個(gè)雷暴活動(dòng)頻繁期，雷暴日數(shù)較常年偏多；1995年后本溪地區(qū)雷暴日數(shù)較常年明顯偏少。

（2）盡管近56年來(lái)本溪地區(qū)雷暴日數(shù)在年際、年代際尺度上均存在下降趨勢(shì)且1995年后雷暴日數(shù)較常年偏少，但本溪地區(qū)年雷暴日數(shù)56年時(shí)間序列的突變特征并不顯著，21世紀(jì)初期后本溪地區(qū)雷暴日數(shù)偏少并不是由于雷暴日數(shù)的突然增加和減少造成。本溪地區(qū)雷暴活動(dòng)日數(shù)減少可能意味著該地區(qū)強(qiáng)對(duì)流天氣的發(fā)生頻次及性質(zhì)有所改變，對(duì)于這一現(xiàn)象的原因有待進(jìn)一步研究。

（3）近56年來(lái)本溪地區(qū)年雷暴日數(shù)存在較為明顯的準(zhǔn)2～5年、準(zhǔn)10年和準(zhǔn)30年周期，其中準(zhǔn)2～5年和準(zhǔn)10年周期有明顯的隨時(shí)間增強(qiáng)及周期加長(zhǎng)趨勢(shì)。準(zhǔn)10年周期自

20世紀(jì)80年代開(kāi)始增強(qiáng)且周期長(zhǎng)度逐漸加長(zhǎng)為準(zhǔn)15年；準(zhǔn)2～5年周期自1995年開(kāi)始逐漸增強(qiáng)且周期長(zhǎng)度逐漸加長(zhǎng)為準(zhǔn)5年。這2個(gè)周期信號(hào)的變化在時(shí)間上與1995年開(kāi)始本溪地區(qū)雷暴活動(dòng)減弱有一定聯(lián)系，但其中的具體機(jī)制有待進(jìn)一步研究。

參考文獻(xiàn)

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