安徽省不同地形條件下雷暴的時(shí)空分布特征及趨勢(shì)分析

趙森 凌新鋒 趙磊

1.安徽省壽縣氣象局 安徽壽縣 232200

2.銅陵市氣象局 安徽銅陵 244000

雷暴是一種強(qiáng)烈的對(duì)流性天氣，它的出現(xiàn)常常伴隨著大風(fēng)、暴雨、冰雹等天氣現(xiàn)象，是一種破壞力極大的自然災(zāi)害。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，中國(guó)每年約有3000-4000 人因遭受雷擊而傷亡，全球每年也有超過一萬人因雷電事故傷亡，造成的經(jīng)濟(jì)損失在10 億美元以上[1]。近年來，我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展、現(xiàn)代化水平也迅速提高，特別是信息技術(shù)發(fā)展迅猛、微電子設(shè)備被廣泛應(yīng)用，由此雷電災(zāi)害的危害程度和造成的經(jīng)濟(jì)損失以及社會(huì)影響也越來越大，珠江三角洲地區(qū)每年因雷電造成的經(jīng)濟(jì)損失都達(dá)5000 萬元以上[2]。深入研究安徽省不同地形條件下雷暴時(shí)空變化特征，對(duì)于安徽省開展雷暴的監(jiān)測(cè)、預(yù)警、預(yù)報(bào)以及防雷減災(zāi)等方面都具有重要意義。陳思蓉等[3]分析得出中國(guó)雷暴、冰雹等對(duì)流性天氣的概率分布，有明顯的日變化差異以及地理差異，且全國(guó)雷暴日數(shù)總體呈下降趨勢(shì)；徐桂玉等[4]的研究結(jié)果則表明我國(guó)南方雷暴空間分布趨勢(shì)是自南向北遞減，且雷暴帶的分布與山地有關(guān)。還有很多專家學(xué)者對(duì)中國(guó)各個(gè)不同地理區(qū)域雷暴的氣候特征進(jìn)行了分析[5-10]，結(jié)果表明，各地區(qū)的年平均雷暴日大多都有明顯減少趨勢(shì)。目前對(duì)于安徽地區(qū)的雷暴分布特征研究中，大多僅初步分析了年雷暴日數(shù)時(shí)空分布規(guī)律，并沒有結(jié)合地形以及深入探討雷暴的變化趨勢(shì)。

1 資料與方法

考慮到我省氣象臺(tái)站在2014 年將雷暴的人工觀測(cè)項(xiàng)目取消，利用安徽省1958-2013 年80 個(gè)氣象臺(tái)站共56a 長(zhǎng)時(shí)間序列逐日地面觀測(cè)資料中人工觀測(cè)進(jìn)行雷暴氣候統(tǒng)計(jì)分析，統(tǒng)計(jì)雷暴日的方法根據(jù)《地面氣象觀測(cè)規(guī)范》[11]中相關(guān)規(guī)定：在1 日內(nèi)（北京時(shí)間20 時(shí)至次日20 時(shí)）只要聞雷聲一次或多次，計(jì)為一個(gè)雷暴日。本文根據(jù)地形高度將安徽省分為大別山區(qū)、皖南山區(qū)、中東部丘陵和淮北平原四個(gè)區(qū)域[12]。采用了氣候傾向率、Mann-Kendall 趨勢(shì)法和突變檢驗(yàn)等氣候診斷方法研究安徽省不同地形下各地區(qū)雷暴活動(dòng)的時(shí)空分布特征。

2 安徽省雷暴基本氣候特征

2.1 空間分布特征

安徽省地處中緯度地區(qū)，地形復(fù)雜，有山地、丘陵、平原等，地勢(shì)南高北低，南北地形差異較大，雷暴日在空間分布上，差異也較大，地形對(duì)于雷暴頻次的影響在安徽省有很好的體現(xiàn)。安徽省年平均雷暴日數(shù)（圖1）總體呈現(xiàn)南多北少的特征，其中皖南山區(qū)最多，可達(dá)50d 左右；大別山區(qū)次之，為40d 左右；中東部丘陵和皖北平原為低值區(qū)，年平均雷暴日數(shù)均少于30d。通過各季節(jié)雷暴日分析得出，安徽省雷暴季節(jié)性變化明顯，夏季最多，春季次之，秋冬則很少發(fā)生雷暴。全省多年平均雷暴日春季為7.9d，夏季為21.8，秋季為3.6d。

安徽省雷暴日數(shù)在空間分布上的差異，除去緯度原因，南部的熱力及不穩(wěn)定能量大于北部外，主要還存在山區(qū)多平原少的特征，受地形影響明顯。地形抬升作用會(huì)增加垂直上升氣流的速度，促進(jìn)對(duì)流云發(fā)展[12]，易于形成不穩(wěn)定層結(jié)，產(chǎn)生雷暴。

2.2 時(shí)間變化特征

圖1 安徽省年均雷暴日數(shù)空間分布圖（A、B、C 和D 分別表示皖南山區(qū)、大別山區(qū)、中東部丘陵和淮北平原）

圖2 安徽年平均雷暴日數(shù)時(shí)間序列圖

通過1958 年到2015 年安徽省年均雷暴日數(shù)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果分析（圖2），安徽省80 個(gè)站年平均雷暴日數(shù)為34.7d，年際變化明顯，且呈現(xiàn)明顯的減少趨勢(shì)，氣候傾向率為-3.5/10a，通過了0.01 的顯著性檢驗(yàn)，即每10 年安徽省雷暴日減少約3d 以上，這與程向陽(yáng)等[13]等的相關(guān)研究結(jié)果一致。雷暴出現(xiàn)最多的年份為1963 年，達(dá)到58d；雷暴出現(xiàn)最少的年份是1999 年，僅有21d，雷暴日最多與最少相差兩倍多。

圖3 安徽不同地形下年平均雷暴日數(shù)時(shí)間序列圖

安徽省不同地形下年均雷暴日變化趨勢(shì)（圖3）和全省年變化趨勢(shì)相同，都有明顯的下降趨勢(shì)，大別山區(qū)、皖南山區(qū)、中東部丘陵和皖北平原歷年平均雷暴日數(shù)分別為42.6d、43.4d、29.4d 和24.9d。四個(gè)地區(qū)均在1963 年達(dá)到最大值，其中大別山區(qū)最多，有75.2d，皖南山區(qū)次之，有67.2d。雷暴出現(xiàn)最少的年份除皖南山區(qū)外都出現(xiàn)在1999 年，分別為大別山區(qū)25.2d，中東部丘陵13.7d，皖北平原19.2d，皖南山區(qū)最少則出現(xiàn)在2013 年，有22.6d。皖南山區(qū)的下降趨勢(shì)最為明顯，氣候傾向率為-4.4/10a，大別山區(qū)次之，氣候傾向率為-3.7/10a，皖北平原最小，為-3.0/10a。

2.3 趨勢(shì)分析與突變分析

表1 安徽省不同地形下雷暴日M-K 分析

表1 為安徽省及省內(nèi)不同地形下M-K 趨勢(shì)分析，可以看出全省及不同地形下雷暴日都呈明顯的下降趨勢(shì)，且都通過了99%顯著性檢驗(yàn)，表明下降趨勢(shì)顯著。其中皖南山區(qū)最為顯著，其余三個(gè)地區(qū)相差不大。

圖4 安徽雷暴日數(shù)Mann-Kendall 檢驗(yàn)結(jié)果

Mann-Kendall 檢驗(yàn)法是一種最常見的突變點(diǎn)檢驗(yàn)方法，已被世界氣象組織推薦并廣泛使用，適用于水文、氣象等非正態(tài)分布的數(shù)據(jù)[14]。從圖4 可以看出，自1967 年后，安徽省雷暴日數(shù)一直呈下降趨勢(shì)；1967 年前，安徽省雷暴日數(shù)則呈現(xiàn)出略微的上升趨勢(shì)，但并沒有通過95%顯著性檢驗(yàn)；自1975 年后，下降趨勢(shì)通過了95%的顯著性檢驗(yàn)，表明近50 年來雷暴日下降趨勢(shì)顯著。同時(shí)可以看出安徽省雷暴日序列在1976 年發(fā)生了一次突變。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）空間分布特征：安徽省年平均雷暴日在空間分布上差異較大，呈現(xiàn)由南向北逐漸減少的緯向分布特征，且山區(qū)比平原多，皖南山區(qū)最多，其次是大別山區(qū)，皖北平原最少。

（2）時(shí)間分布特征：安徽省近56 年來雷暴日數(shù)存在明顯的減少趨勢(shì)；雷暴日數(shù)夏季最多，春季次之，秋季相對(duì)較少，冬季則很少出現(xiàn)雷暴。不同地形下時(shí)間變化特征與全省大致相同，其中皖南山區(qū)下降趨勢(shì)最為顯著。

（3）未來幾年安徽省及各區(qū)域雷暴日仍呈減少的趨勢(shì)，MK突變檢驗(yàn)表明雷暴日數(shù)變化總體為下降的趨勢(shì)，且在1976 年存在一次顯著突變。