玉屏县50 a雷暴气候特征分析

杨文雄，陈 军，易 丁

(1.贵州省玉屏侗族自治县气象局，贵州 玉屏 554000;2.贵州省铜仁市气象局，贵州 铜仁 554300;3.贵州省气象信息中心，贵州 贵阳 550002)

1 引言

雷暴是一种局地性强对流天气，雷暴引发的灾害是严重的气象灾害之一，常常造成人畜雷击伤亡、毁坏建筑物、电力和通信设施、酿成森林火灾等。雷电灾害已成为联合国公布的10种最严重的自然灾害之一。随着社会经济的不断发展，尤其是现代化电气设备的广泛应用，各行各业遭受雷暴灾害的频率越来越高，经济损失日益加大，防雷减灾越来越成为社会各界关注的课题。鉴于防雷等级的划分、雷击风险评估和雷电灾害的综合防护，均要先了解当地年平均雷暴日数的变化特征，本文利用1961—2010年玉屏国家气象站的逐日雷暴观测资料，采用最小二乘法对年雷暴日数进行线性模拟，结合5 a滑动平均和累计距平方法，分析玉屏地区雷暴的时空分布特征，揭示雷暴的气候变化特征，为玉屏县的雷电预警预报和防雷减灾、防雷装置防护工作提供参考依据。

2 资料及方法

本文所使用资料为玉屏国家气象站1961年1月—2010年12月雷暴日数，雷暴初日、终日和雷暴初终间日数等资料进行统计，在观测簿上只记录闪电而无雷暴记录的不作雷暴统计，一日之内发生数次雷暴只统计为一个雷暴日。采用最小二乘法对年雷暴日数进行趋势倾向模拟。

3 玉屏雷暴活动的时空分布特征

3.1 雷暴初日、终日及初终间日数的气候特征

雷暴出现的初、终日期是很重要的气候指标，雷暴的初、终日对防雷检测和雷电预测预警具有重要意义。按地面气象观测规范［4］雷暴的初、终日期挑选，以当年(1月1日—12月31日)最早出现的日期为初日，最晚出现的日期为终日。统计玉屏县1961—2010年各年代际的雷暴初日的平均日期、最早日期、最晚日期，雷暴终日的平均日期、最早日期、最晚日期，雷暴初终间日数的平均天数如表1。由表1可以看出:玉屏县50 a雷暴初日平均日期为2月5日，最早日期为2001年1月1日，最晚日期为1971年3月29日;雷暴终日平均日期为10月28日，最早日期为2001年8月22日，最晚日期为2009年12月27日，雷暴初终间日数平均为263 d，最长为1993年的343 d，最短为1999年的173 d。

表1 玉屏县雷暴初、终日的年代际变化

从玉屏县雷暴初、终日年代际变化图1中，可以看出玉屏县雷暴初日在20世纪80年代、2000年代较多年平均开始日期偏早，70年代、90年代较多年平均开始日期偏晚，从多年趋势来看，雷暴初日有提早趋势;而雷暴终日在20世纪80年代、90年代较多年平均结束日期偏早，60年代、2000年代较多年平均结束日期偏晚;从多年趋势变化来看，雷暴终日呈现一个波动变化态势，在20世纪60—80年代间呈现一个提早结束的变化，而从90年代后又呈现偏晚发展态势。2000年代后雷暴平均持续天数呈增多趋势。

图1 玉屏县雷暴初、终日年代际变化图

2.2 年雷暴日数的气候特征及突变分析

2.2.1 年雷暴日数气候变化特征分析 用线性倾向的最小二乘法估计年雷暴日数的变化趋势，t为年际变化，f(t)为年雷暴日数逐年变化值，建立线性倾向方程为:

结果表明，近50 a以来，玉屏县年雷暴日数总体上呈减少趋势，历年平均雷暴日数达47 d，每10 a平均减少2 d，降幅达到4.3%。

图2 玉屏县50 a雷暴变化趋势曲线

2.2.2 年雷暴日数的气候突变分析 突变分析可以反映气象要素变化过程中存在的某种不连续现象［5］，常用气象要素累积距平曲线来表示，即使用指标:

式中xi为降水量历年值降水量多年平均气候值。通过对气象要素的累计距平曲线的演变，来判断突变的时段。若某年中累计距平绝对值达到最大时，对应的t可能为突变年份。

为了检验转折是否达到气候突变的标准，可以采用信噪比S/n的方法来检验突变分析结果。计算公式如下:

式中，x1、x2和s1、s2分别为转折年份前后两阶段降水量的平均值和标准差。文献［2］规定 s/n＞1.0时，可以认为该气象要素在这个年份存在气候突变，否则不明显。

从玉屏县50 a雷暴日数累计距平曲线图3中，可以得到1985年累计距平的绝对值最大，由此判定1985年为玉屏地区年雷暴日数出现转折的年份。同时可以明显看出，20世纪60年代、70—80年代年雷暴日数呈增加趋势，90—00年代，年雷暴日数呈减少趋势。

根据累计距平方法得到了年雷暴日数的出现次数在50 a中存在由多发到少发的转折，1985年为转折点，即在1985年以后年平均雷暴日数大部分年份都小于多年平均雷暴日数。但不能说明这个转折就是突变。通过采用公式(2)计算转折年前后10 a雷暴日数的平均值、标准差、信噪比如表2，累计距平绝对最大值前后10 a的信噪比为0.78，S/N＜1.0，可以认为年雷暴日数在1985年突变不显著，我们进一步通过方差的显著性检验来说明1985年前后两个气候状态是否有显著差别。由

图3 玉屏县50 a雷暴日数累计距平曲线

遵从分子自由度n1－1，分母自由度n2－1的F分布。在给定的显著水平α下，如果F＞F(n1－1，n2－1，α)，则表明两个气候状态的差异是显著的，反之，则表明它们的差异不明显［7］。计算 F=1.52，给定 α =0.05 查得 f(n1－1，n2－1，0.05)=3.18，F ＜F(n1－1，n2－1，0.05)，表明 1985 年前后两段气候状态差异不明显，即年雷暴日数在1985年气候突变不显著。

表2 年雷暴日数分段平均值、标准差及信噪比

2.3 月、季雷暴日数的分布

雷电产生于中尺度对流天气系统，具有明显的局地性和时效性特征，其空间分布受盛行气流、天气系统、地形和下垫面性质等多种因素影响。从玉屏县50 a月平均雷暴日数图4中，可以看到:玉屏县雷暴天气全年均有发生，年内呈双峰型分布，峰值出现在7—8月，平均达8.5 d以上，次大值出现在4月，平均达7.6 d，出现最少的月份是11月和12月，平均只有0.5 d和0.3 d;夏季因副热带高压边缘及局地增热对流强烈的影响，是雷暴天气多发季节，雷暴日数占全年的47%，春季因南北气团交替，是雷暴天气次多发季节，占雷暴日数38%，秋、冬季雷暴天气占8%和7%。

2.4 雷暴的日活动规律分析

图4 玉屏县50 a月平均雷暴日数

由于玉屏国家一般气象站夜间不守班，故将时间分段为夜间、08—10时、10—12时、12—14时、14—16时、16—18时、18—20时共7个时间段。一天当中，以雷暴最早出现在某一时间段为统计时次，但对前一日延续到当日夜间的雷暴，当日夜间不作统计，当日夜间延续至08时后的雷暴也不作下一时间段统计。统计玉屏国家一般气象站1961—2010年逐日雷暴开始出现的时间，全部出现次数为2 269次，从玉屏县历年各时段雷暴出现概率统计情况可以得到，玉屏县雷暴出现的高峰时段12—18时，以14—16时出现概率为最大，占全部出现次的26%。根据实际观测经验，夜间雷暴以20—21时和04时以后出现较多。更值得关注的是，冬春季节，夜间出现雷暴次数占80%以上，夏季主要以12—21时出现为最多。

3 结论

①玉屏县近50 a来年雷暴日数总体上呈减少趋势，历年平均雷暴日数47 d，每10 a平均减少2 d，降幅达到4.3%;1985年为年雷暴日数出现转折的年份，但突变分析不显著。

②雷暴天气在全年均有发生，年内呈双峰型分布，峰值出现在7—8月，平均8.5 d和8.6 d，次大值出现在4月，平均7.6 d;夏季是雷暴天气多发季节，雷暴日数占全年的47%，春季是雷暴天气次多发季节，占雷暴日数38%，秋、冬季雷暴天气占8%和7%。

③一日中雷暴出现的高峰时段为12—18时，以14—16时出现概率为最大，占26%。

④50 a来雷暴初日平均为2月5日，雷暴终日平均为10月28日，雷暴初终间日数平均为263 d。雷暴初日有提早趋势，终日有波动变化趋势，2000年代后雷暴平均持续天数呈增多趋势。

［1］吴丽华，杨明，杨文雄.玉屏县51 a降水事件变化趋势及突变分析［J］. 贵州气象，2010，34(增刊):141.

［2］闵晶晶，曹晓钟，段宇飞，等.近30 a京津冀地区冰雹的气候特征和突变分析［J］. 气象，2012，38(2).