1964—2013年河源地區(qū)雷暴日特征分析

陳妙君，武雪沁，鄭嘉雯，賴曉玲，杜浪鋒

（1.河源市氣象局，廣東河源 517000；2.上海市氣象信息與技術(shù)支持中心，上海 200030；3.廣州市氣象臺，廣東廣州 511430）

雷暴是溫帶和熱帶地區(qū)常見的局地強對流天氣，其發(fā)生時間短、災害程度重，發(fā)生時常伴隨有雷擊、閃電、強風和強降水，易造成社會經(jīng)濟和人民財產(chǎn)的重大損失。已有不少學者對廣東雷暴活動的相關(guān)特征進行了研究，并指出近幾十年來平均雷暴頻數(shù)在波動中總體呈現(xiàn)減少趨勢［1－5］。河源市屬于亞熱帶季風氣候，全年高溫日數(shù)多，降水時空分布不均勻，容易產(chǎn)生熱對流天氣系統(tǒng)，屬于雷暴高發(fā)區(qū)［6］。2014年我國取消了人工觀測雷暴日業(yè)務，用閃電定位探測資料替代人工觀測的雷暴日［7－8］，閃電定位儀能對閃電的生成進行較精準的定位，從而提高對雷電活動情況探測的效率和準確性。但由于人工觀測雷暴日數(shù)仍然是地方雷暴活動唯一長時間記錄數(shù)據(jù)，所以仍然是分析雷暴變化規(guī)律及特征的重要基礎(chǔ)。更為客觀的閃電定位探測資料是代替主觀人工觀測資料的必然趨勢，而目前關(guān)于閃電定位數(shù)據(jù)的研究較少。

本研究首先利用長時間序列的人工觀測雷暴日數(shù)據(jù)，對河源市1964—2013年雷暴日的年變化規(guī)律進行分析，找出其時間上的突變點和地理上的差異；其次，為使雷暴日仍可作為后續(xù)河源市雷電防護的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，本研究利用閃電定位儀資料作為補充，對比分析了其與人工觀測雷暴日在重合時段的季節(jié)變化特征，為進一步研究河源市本地雷暴天氣的發(fā)生發(fā)展規(guī)律提供有力支持和科學依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)及方法

本研究采用河源市氣象臺站1964年1月—2013年12月逐月雷暴日數(shù)的歷史觀測資料，以及由廣東省氣象探測數(shù)據(jù)中心提供的2012年1月—2013年12月閃電定位資料。該閃電定位系統(tǒng)可實時測量并記錄云地閃發(fā)生的時間、經(jīng)緯度、閃型、強度等參數(shù)。在統(tǒng)計方法上，一天內(nèi)只要聽到至少一次雷聲即認為是一個雷暴日，同理在一天內(nèi)監(jiān)測到至少一次閃電發(fā)生即統(tǒng)計為一個雷電日。

Mann-Kendall（M-K）檢驗法常用于分析氣象要素等時間序列事件的變化趨勢，其不受樣本分布影響、不受少數(shù)異常值干擾，故廣泛應用于氣候參數(shù)的特征分析中［9－10］。M-K法定義了UF、UB統(tǒng)計量，分別表示按順序和逆序時間序列排列；若曲線UF和UB的交叉點位于臨界線（一般取95%的置信水平）之間，則該交點對應的時刻為突變開始的時間。當UF超過臨界線時，表示存在較顯著的變化；其中若UF的值大于0則序列呈增長變化趨勢，反之則呈減少趨勢。

2 結(jié)果與分析

2.1 年際變化

從河源市近50年的逐年雷暴發(fā)生日數(shù)來看，河源市每年的雷暴日數(shù)差別較大，年平均雷暴日為71.3 d。年雷暴日數(shù)最多的年份是1983年，為112 d；而最少的年雷暴日數(shù)出現(xiàn)在2008年，為42 d。由圖1可以看出，近50年來年雷暴日數(shù)跨度很大，年雷暴日數(shù)的氣候傾向率為－0.622 6 d／年，反映出河源市區(qū)年均雷暴日數(shù)呈現(xiàn)遞減的變化趨勢，且下降比較明顯。同時，對4個縣的逐年雷暴日數(shù)進行了相應的統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)各縣的雷暴日數(shù)變化趨勢線均反映出其雷暴日數(shù)隨時間呈現(xiàn)出緩慢減少的變化趨勢，龍川縣、紫金縣、連平縣和和平縣的氣候傾向率分別為－0.336 9、－0.818 7、－0.480 7和－0.807 1 d／年。結(jié)果表明，紫金縣、和平縣的雷暴日數(shù)隨時間下降的趨勢大于河源市區(qū)，而龍川縣、連平縣的雷暴日數(shù)隨時間下降的趨勢小于河源市區(qū)。通過分析發(fā)現(xiàn)，雷暴日數(shù)隨時間下降趨勢較大的紫金縣及和平縣在統(tǒng)計時間內(nèi)的最大年雷暴日數(shù)為125和118 d，均發(fā)生在1975年，超過河源市區(qū)統(tǒng)計時間內(nèi)的最大年雷暴日數(shù)。

圖1 河源市區(qū)逐年雷暴日數(shù)統(tǒng)計

圖2a給出了河源市區(qū)雷暴日數(shù)的M-K突變檢驗結(jié)果，可以看出1964—1985年之間雷暴日數(shù)呈波動變化，UF和UB的交點出現(xiàn)在1988年前后，且位于0.05臨界線之間，表明該年雷暴日數(shù)出現(xiàn)突變。1985年雷暴日數(shù)的UF值為0，表明該年雷暴日數(shù)接近于平均值。1985年之后UF均為負值，且隨著時間其絕對值逐漸增大，反映出河源市區(qū)的雷暴日數(shù)在近25年呈下降趨勢，且下降較為顯著。結(jié)合對應的周期距平值（圖2b）可知，1964—1988年間25年的雷暴日數(shù)均為正距平，說明年雷暴日數(shù)總體高于平均值；而近25年（1989—2013年）年平均雷暴日數(shù)總體表現(xiàn)為負距平，即年平均雷暴日數(shù)總體低于平均值。

圖2 河源市區(qū)雷暴日數(shù)的M-K突變檢驗（a）和距平變化（b）

由此發(fā)現(xiàn)，年平均雷暴日數(shù)的距平變化趨勢與M-K檢驗結(jié)果相符合，即近25年市區(qū)雷暴日數(shù)由增加轉(zhuǎn)為明顯的下降趨勢。4個縣雷暴日數(shù)的年際突變時間與市區(qū)接近，集中在1982—1992年之間，突變之后年雷暴日數(shù)降低明顯。為延續(xù)雷暴日這一能代表區(qū)域雷電歷史氣候狀況的寶貴數(shù)據(jù)，可以用閃電定位數(shù)據(jù)來補充人工觀測雷暴日數(shù)據(jù)。

2.2 雷暴日與雷電日季節(jié)變化

考慮到2012—2013年為河源市雷暴數(shù)據(jù)和閃電數(shù)據(jù)的重合時段，將2012—2013年年平均雷暴日數(shù)和年平均雷電日數(shù)按月劃分，并作出季節(jié)變化圖（圖3），可以看到閃電發(fā)生的月際變化規(guī)律與人工觀測雷暴日的月變化特征相似，總體呈現(xiàn)出明顯的單峰型特征，但是兩者差距較大，其中雷暴和雷電日數(shù)發(fā)生最多的時間均在7、8月，這兩個月的雷電日數(shù)高達25～26 d，雷暴日僅為1／2。人工觀測雷暴日主要靠辨識雷聲進行記錄，而雷聲傳播最多達到20 km，因此地形地勢、觀測時間、環(huán)境噪音影響、觀測人員聽力等問題都會影響雷暴日記錄的準確性［11－12］。而閃電定位儀是一種覆蓋范圍較廣的自動化探測設(shè)備，其探測精度較高，處理的閃電放電數(shù)據(jù)相對較客觀，但設(shè)備自身及城市環(huán)境也可能影響監(jiān)測效果［13］。分析發(fā)現(xiàn)閃電定位儀得到的雷電日數(shù)明顯大于人工雷暴日數(shù)，主要有兩種原因：（1）當云地閃發(fā)生的地點離觀測站較遠或者強度小、時間短時，可能沒有進行人工記錄；（2）當其他地方發(fā)生的閃電次數(shù)較多或者強度較強時，會導致閃電定位儀產(chǎn)生定位誤差，從而誤記為本地上空發(fā)生的閃電。

圖3 2012—2013年河源市雷暴日及雷電日數(shù)季節(jié)變化

通過對不同區(qū)域數(shù)據(jù)對比發(fā)現(xiàn)，市區(qū)雷暴日數(shù)在春季高于4個縣，紫金縣在4個縣各個季節(jié)中的雷暴日數(shù)都是最高的。春季由于受到鋒面低槽等西風帶天氣系統(tǒng)的影響，河源市雷暴活動從3月起逐漸活躍，為一年中雷暴活動的開始期。夏季發(fā)生雷暴的次數(shù)幾乎占據(jù)全年雷暴日數(shù)的1／2，充沛的水汽條件和熱力條件為雷暴生成提供必要環(huán)境，同時受到西南季風、臺風以及河源本地的“城市熱島效應”的影響，較容易形成局地強對流天氣，而7、8月是一年中雷暴活動發(fā)展最為旺盛的時期。秋冬季河源市轉(zhuǎn)受大陸高壓天氣影響，雷暴活動開始緩慢減弱。綜上可知，河源市雷暴與雷電分布具有季節(jié)性強、高度集中的特征，因此進行防雷減災時，需著重考慮春夏季。

3 結(jié)論

1）河源市市區(qū)及各縣的雷暴日數(shù)在近50年里都呈現(xiàn)出緩慢減少的變化趨勢，其中紫金縣及和平縣的下降趨勢最為明顯。M-K突變檢驗結(jié)果表明河源市區(qū)雷暴日數(shù)在1988年前后發(fā)生突變，1988年之后雷暴日數(shù)總體由高于平均值轉(zhuǎn)為低于平均值；而河源市4個縣雷暴日數(shù)的年際突變時間集中在1982—1992年之間，在突變時間之后市區(qū)和縣城年雷暴日數(shù)均轉(zhuǎn)為較明顯的下降趨勢。

2）河源市全年各季均有雷暴發(fā)生，且雷暴發(fā)生日數(shù)均集中在夏季，其次為春季，秋冬季最少。由閃電定位儀數(shù)據(jù)得到的雷電日與人工雷暴日的月變化基本一致，但雷電日數(shù)遠大于雷暴日數(shù)，可能與人工記錄缺失或閃電定位儀誤記有關(guān)。

綜上所述，本研究得出的結(jié)論能為河源市采取相應有效的雷暴災害防御措施，進一步完善雷電監(jiān)測預警系統(tǒng)和制定雷電災害風險評估提供有力的理論支撐；有利于更好地利用閃電定位數(shù)據(jù)推進今后的防雷工作，改善雷暴監(jiān)測預警、防災減災等工作的開展。