定远地区55a雷暴日特征统计分析

蒋晓武 张先卫 洪程

摘 要：利用定远国家气象基本站1957-2011年逐月雷暴日资料，对定远县雷暴日数变化趋势进行了数理统计分析，并进行了Mann—Kendall突变检验，结果显示：定远县年雷暴日数总体呈现减少趋势，年平均雷暴日数为31.4d，气候线性倾向率为-1.569d/10a，月平均雷暴日数呈现单峰型，峰值出现在8月，平均为11d，20世纪60年代最多，20世纪90年代最少。夏季最多，冬季最少，春季比秋季多。20世纪60年代中期到20世纪90年代末期雷暴呈现减少趋势，20世纪80年代初期之后就呈现显著减少，M-K检验显示下降突变时间出现在1968年。

关键词：雷暴日；气候特征；Mann—Kendall检验

中图分类号 P46 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2015）21-108-03

Statistical Analysis of Thunderstorm Days in Dingyuan for 55 Years

Jiang Xiaowu et al.

（Dingyuan County Meteorological Bureau，Dingyuan 233200，China）

Abstract：The Dingyuan national meteorological basic station 1957-2011，monthly data of thunderstorm days，through mathematical statistical analysis of thunderstorm in Dingyuan County，trend，and the Mann Kendall mutation test. The results showed that the Dingyuan County annual number of thunderstorm days overall decreasing trend，the average annual number of thunderstorm days 31.4d，climate linear trend rate for -1.569d/10a，the monthly average number of thunderstorm days showed single peak type，the peak in August，with an average of 11 days. In the 1960s most，in the 1990s at least. Summer is the most，the least in winter，spring is more than the fall. From the 60s to the end of the 90s，the thunderstorm showed a decreasing trend. After the early 80s，it reduced significantly，and the M-K test showed that the decrease of the mutation time appeared in 1968.

Key words：Thunderstorm days；Climate characteristics；Mann—Kendall Test

雷暴为积雨云中、云间及云地之间产生的放电现象，是一种伴有冰雹、大风和雷电等多种天气现象的中小尺度天气过程[1-2]。根据雷电学原理，大气中的雷电大多发生在雷暴的活动期，这就说明研究雷暴活动规律对雷电防护技术的深入发展意义重大。《建筑物电子信息系统防雷技术规范》（GB50343）等国家标准中，也将按年平均雷暴日多少划分的等级，作为雷电防护工程评估、设计的依据。

雷暴是一种灾害性天气，随着国民经济的日益发展，各行业遭受雷暴灾害的频率越来越高，经济损失也逐年加重，尤其是城市高层建筑物、易燃易爆场所、计算机及其场地等极易遭受雷暴袭击[3]。雷暴活动是一个地区的气候基本特征之一，对雷电长时间尺度的预测及防雷减灾具有重要指导作用，因此许多学者对各地雷暴活动的气候特征进行了大量研究[4-10]。定远县是皖东地区人口最多和面积最大的县，位于北纬32°13′～32°42′、东经117°13′～118°15′，是江淮江淮分水岭脊背，同时也是南北气候和海陆气候的过渡带，南北冷暖气团交汇频繁，常有雷暴天气发生，给工农业生产、人民的生命财产造成巨大的损失。本文利用定远国家基本气象站55a雷暴资料，通过数理统计和Mann—Kendall检验法，研究了本地的雷暴气候统计特征及其变化趋势，以期为雷电预测及防雷减灾提供科学依据。

1 资料选取及方法

1.1 资料 选用定远国家基本气象观测站1957—2011年共55a逐月雷暴日资料，以1d内听到1次或1次以上雷声统计为一个雷暴日，若某次雷暴跨越20时，按2个雷暴日进行统计，取1981—2010年30a的气候平均值作为参照。为了很好地反映出历年各季节的雷暴日情况，将3～5月定为春季，6～8月定为夏季，9～l1月定为秋季，l2月至次年2月定为冬季。

1.2 研究方法 在时间序列趋势分析中，Mann—Kendall检验法是世界气象组织推荐并已广泛使用的非参数检验方法，最初由Mann和Kendall提出。许多学者不断应用Mann—Kendall方法来分析降水、径流、气温和水质等要素时间序列的趋势变化。Mann—Kendall检验不需要样本遵从一定的分布，也不受少数异常值的干扰，适用于水文、气象等非正态分布的数据，计算简便。

对于具有n个样本量的时间序列X，构造一秩序列：

可见，秩序列sk是第i时刻数值大于j时刻数值个数的累计数。在时间序列随机独立的假定下，定义统计量

式中UF1=0，E（sk），Var（sk）是累计数sk的均值和方差，在x1，x2，…，xn相互独立，且有相同连续分布时，由下式算：

UFk为标准正态分布，它是按时间序列x顺序x1，x2，…，xn计算出的统计量序列，给定显著性水平α，查正态分布表，若|UFk|>Uα，则表明序列存在明显的趋势变化。按时间序列x逆序xn，xn-1，…，x1，再重复上述过程，同时使UBk=–UFk，k=n，n–1，…，1，UB1=0。

通过分析统计序列UFk和UBk可以进一步分析序列x的趋势变化，而且可以明确突变的时间，指出突变的区域。若u值>0，则表明序列呈上升趋势；u值<0，则表明呈下降趋势；当它们超过临界直线时，表明上升或下降趋势显著。如果UFk和UBk这2条曲线出现交点，且交点在临界直线之间.那么交点对应的时刻就是突变开始的时刻。

2 结果与分析

2.1 雷暴月气候特征分析 由图1可知，定远站1957-2011年月平均雷暴日数呈现单峰型，全年各月均有雷暴出现，11月至次年2月月平均雷暴日数<0.4d，占全年雷暴日数的0.02%，7～8月月平均雷暴日数均>8d，占全年雷暴日数的58%，1～7月雷暴日数逐渐增加，8～12月相继减少，峰值出现在7月，平均为10d，8月次之，平均为8.3d。

2.2 雷暴年气候特征分析 定远县历年平均雷暴日数为31.4d/a，最多年份为54d，出现在1974年，最少年份仅11d，出现在1999年。定远县1957-2011年雷暴日数年际变化如图2所示，由图2可知，20世纪50年代出现缓慢增加趋势，20世纪60～90年代出现减少，21世纪初开始有所增加，年雷暴日数总体存在波动减少趋势，其气候线性倾向率为-1.569d/10a，即每10a雷暴日数减少1.569d。

定远县雷暴日数在20世纪60年代最多，其次是20世纪70年代，20世纪90年代最少。季节雷暴日数的年代际变化则表现为：春季雷暴日数在20世纪90年代最多，20世纪70年代次之，20世纪60年代最少；夏季雷暴日数20世纪70年代最多，其次是20世纪60年代，20世纪90年代最少；秋季降水量在20世纪60年代最多，最近10a最少；冬季在最近10a降水最多，20世纪80年代最少（表1）。总体上，夏季最多，冬季最少，春季比秋季多。

2.3 年雷暴日数M-K突变检验分析 利用Mann-Kendall检验方法，对定远站1957-2011年55a的年雷暴日数进行突变检测和分析。由图3可见，20世纪50年代末至60年代初雷暴为增加趋势，20世纪60年代中期到90年代末期雷暴呈现减少趋势，20世纪80年代初期之后就呈现显著减少，超过了1.96的临界线（通过α=0.05显著性检验），突变时间出现1968年。21世纪初雷暴日数开始转折，出现增加趋势。与定远县雷暴总体具有减少的趋势相一致。

3 结论

（1）定远县雷暴全年各月均有雷暴出现，月平均雷暴日数呈现单峰型，峰值出现在8月，平均为11d，7月次之，平均为10d，7～8月占全年雷暴的58%，11月至次年2月月平均雷暴日数<0.4d。

（2）定远县雷暴有明显的年代际变化，年平均雷暴日数为31.4d，最多年份为54d，出现在1974年，最少年份仅11d，出现在1999年，年雷暴日数总体存在减少趋势，其气候线性倾向率为-1.569d/10a。

（3）定远县雷暴日数在20世纪60年代最多，20世纪90年代最少。夏季最多，冬季最少，春季比秋季多。

（4）Mann—Kendall突变检验显示，20世纪50年代末至60年代初雷暴为增加趋势，20世纪60年代中期至90年代末期雷暴呈现减少趋势，20世纪80年代初期之后就呈现显著减少，下降突变时间出现在1968年。21世纪初开始出现增加趋势。

参考文献

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（责编：张宏民）