1973—2014年宁波地区雷暴气候特征分析研究

石湘波+邵程远+王焕邦+郑玲

摘要 通过对宁波地区1973—2014年的雷暴日数统计分析，结果表明，该地区的雷暴日分布呈自西向东逐渐减少的趋势。从年际分析来看，雷暴日数呈逐年减少趋势，以-2.1044d/10年的线性趋势显著减少。除象山外，其他地区均以不同的线性趋势减少。M-K突变检验显示在1989年前后发生了1次显著减少性突变，1989年后的平均雷暴日较突变前平均值减少了近7.53 d。从小波分析来看，宁波地区雷暴日存在24年和14年左右的周期性变化，在较小时间尺度上，雷暴日年际变化存在5年和10年左右的短周期。宁波地区的雷暴日具有明显的季节特征，主要发生在春季和夏季，且夏季最多。

关键词 雷暴日；气候特征；线性倾向分析；小波分析；Mann-Kendall法；浙江宁波；1973—2014年

中图分类号 P446 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2017）17-0194-03

Analysis of Thunderstorm Climate Characteristics in Ningbo Area During 1973—2014

SHI Xiang-bo SHAO Cheng-yuan WANG Huan-bang ZHENG Ling

（Ningbo Meteorological Safety Technology Center in Zhejiang Province，Ningbo Zhejiang 315012）

Abstract The statistical analysis of the thunderstorm days in Ningbo area during 1973-2014 was conducted. The results showed that the thunderstorm days in Ningbo area tended to decrease gradually from west to east.Based on the annual analysis，the thunderstorm days decreased year by year，and the decadal linear trend was -2.1044d.The thunderstorm days of the region reduced by different linear trends except Xiangshan.The M-K mutation test showed that one significant reduction occurred suddenly after 1989，and the average thunderstorm days after 1989 decreased by nearly 7.53 days compared with the average value. According to the wavelet analysis，it appeared 24-year periodic change and 14-year periodic change of thunderstorm days in Ningbo area. In small time scale，the interannual variation of thunderstorm days showed 5-year and 10-year short periods.The thunderstorm day in Ningbo had obvious seasonal characteristics，mainly in spring and summer，and summer thunderstorm days were the most.

Key words thunderstorm day；climate characteristics；linear propensity analysis；wavelet analysis；Mann-Kendall analysis；Ningbo Zhejiang；1973-2014

雷电对人类的生产生活具有重大影响，因雷电灾害造成的经济损失往往十分巨大，人员伤亡事件时有发生。因此，应当对雷暴活动的规律进行分析和研究，从而提高雷电防御的效果。许多专家学者已经开展了大量相关研究工作，徐桂玉等[1]通过我国南方62个气象观测站的25年雷暴日资料研究了我国南方雷暴气候的空间分布特征，季节变化特征和年际变化规律，为探讨大范围雷暴和大气环流打下了基础。高晓東等[2]通过对上海地区38年11个测站逐日雷暴观测资料的分析，发现上海近38年来雷暴日呈显著减少的趋势。陈渭民[3]总结国内外对全球雷暴活动规律的研究成果，发现雷暴活动因地形地势不同，分布具有很大的不均匀性；海洋上的雷暴明显小于同一纬度的陆地；随纬度增加雷暴活动呈现递减趋势。

1 资料与方法

1.1 资料来源

本文所用资料是宁波地区8个地面观测站记录的1973—2014年雷暴日资料，这8个站分别为慈溪、余姚、北仑、奉化、鄞州、宁海、象山、石浦。

1.2 研究方法

1.2.1 线性倾向分析。本文采用线性倾向分析方法计算宁波地区雷暴日数的变化趋势，用倾向率表示变化程度。研究宁波地区多年的雷暴变化趋势，提出气候趋势系数R[4]，计算公式如下：

R=■

其中，i表示年数，X为各区块第i年的雷暴日数，i和X分别表示雷暴日数和多年平均值。

用R值的正负表示在计算的i年内雷暴有线性增（减）的趋势，并把宁波地区多年雷暴日数，应用二元一次线性方程进行拟合，即：y=a+bx，然后通过t值检验确定该趋势是否显著[5]。endprint

1.2.2 Mann-Kendall检验。用Mann-Kendall非参数检验方法[6]判断雷暴日序列的整体变化趋势。Mann-Kendall法可以对雷暴日数序列整体变化趋势进行检验，给出雷暴日数突变的情况的显著水平（取a=0.05，u0.05=1.96），得到统计量曲线上升或下降趋势，当曲线超出临界线时说明其变化显著。

1.2.3 小波分析。采用小波分析（Morlet）分析雷暴日序列的振荡规律和局部特征。小波分析兼顾整体和局部细节，具有多分辨能力[7]。对气象时间序列进行不同尺度成分的分析。对于时间序列函数f（t），小波变换定义为如下公式：

2 结果与分析

2.1 雷暴日空间分布特征

由图1可以看出，宁波地区的雷暴日分布特点是山区雷暴多于平原，西部多于东部，雷暴呈自西向东逐渐减少的趋势，雷暴日经度变化较纬度变化明显。雷暴日高值区位于西南山区，位于西南山区的宁海站年平均雷暴日为41 d左右，中部山区的奉化站在37 d左右，位于中部城市带及西北部平原的鄞州站、余姚、慈溪站雷暴日在31～34 d之间，越靠近东部的站点雷暴日越少。

2.2 雷暴的年际变化特征

2.2.1 年际变化差异大。图2是宁波地区8个人工站近42年的年平均雷暴日数，数值在27.6 d（石浦站）至41 d（宁海站）之间。另外，根据单站统计，单站最多年雷暴日数68 d，出现在宁海站（1975年）；单站最少年平均雷暴日数为14 d，出现在北仑站（1978年）。单站最多年雷暴日数为单站最少年雷暴日数的5倍左右，说明该地区年雷暴日数年际间变化差异大。

2.2.2 雷暴日数呈减少趋势。宁波地区年平均雷暴日数为50 d ，其中1975年发生雷暴日数最多，为74 d；1980年和2008年最少，为36 d。图3中圆点横线为宁波地区近42年年平均雷暴日数，1973—2014年每年雷暴日数围绕多年平均值上下波动。从图3中折线变化可以看出，宁波地区的年雷暴日数基本呈逐年递减的趋势，1973—1982年雷暴日数波动幅度较大，且多数处于多年平均值的上方，其10年平均年雷暴日数为54.7 d。1983—1992年的雷暴日数虽波动幅度减小，但多处于多年平均值上方，其10年平均年雷暴日数为50.8 d。1993—2002年的雷暴日数多在多年平均值下方，其10年平均年雷暴日数为47.5 d。2003—2012年的雷暴日数，除2012年以外其余都在平均值以下，其10年平均年雷暴日数为45.9 d。这与张敏锋等[7]的研究结论（近30年来我国大部分地区年平均雷暴呈减少趋势）一致。2012年、2013年和2014年雷暴高于多年平均值，但预计之后几年进入雷暴偏少时期。

根据图3可知，近42年来宁波地区全年雷暴日数呈波动性减少趋势，相关系数为-0.286 7，根据0.05信度的显著性检验，其减少趋势达到显著水平，经过计算，宁波地区8个站的年雷暴日数的气候趋势系数见表1，其中7个测站年雷暴日数的气候趋势系数均<0，表明这些地区年雷暴日数呈现较为显著的减少趋势，其中，奉化、余姚、宁海的年雷暴日数减少得更为明显，每10年雷暴日数大约分别减少4.54、3.14、3.18 d。只有象山的气候趋势系数R>0，表明象山的年平均雷暴日数存在增加的趋势，每10年雷暴日数大约增加1.59 d。

2.3 突变检验

图4为宁波地区雷暴日数1973—2014年的年際变化M-K检验结果。可以看出，2个统计量在±1.96显著区间内发生了1次交叉，说明宁波地区雷暴日数在1989年前后发生了1次显著减少性突变，该地区1989年后的平均雷暴日较突变前平均值减少了近7.53 d，突变显著。

2.4 小波分析

为了更好地分析宁波地区8个测站年雷暴日序列的振荡规律和局部特征，利用该区域的年雷暴日资料进行Morlet小波分析[8]（图5）。结果表明，宁波地区8站雷暴日变化存在多时间尺度结构。研究时域范围内中，各站年平均雷暴日在24年和14年尺度上交替振荡显著，即存在24年和14年左右的周期性变化。对应雷暴14年的变化周期可以看出，1973—2014年宁波地区主要经历了3个雷暴偏多期和2个雷暴偏少期，多雷暴时段为1973—1981年、1990—1999年、2008—2014年，少雷暴时段为1982—1989年、2000—2007年。

在较小的时间尺度上，雷暴年际变化存在5年和10年左右的短周期，5年周期性变化具有局部化特征，主要表现为20世纪80—90年代和21世纪初；在1973—2014年时域中都存在10年左右的周期，从图5中的变化规律看，还存在局部2～3年更短周期的变化。

2.5 雷暴日的季节变化特征

从图6可以看出，宁波地区的雷暴具有明显的季节特征，主要发生在春、夏2个季节。其中，夏季最多，年平均雷暴日数为29.5 d，占全年的比例为59.2%；春季年平均雷暴日数为12.2 d，占全年的比例为24.5%；冬季最少，年平均雷暴日数1.5 d。

2.6 雷暴日的月变化特征

从图7可以看出，宁波地区近42年年平均雷暴日在1—12月分布都不均匀。全年每月均有雷暴发生，主要分布在3—9月，高峰集中在7—8月，其雷暴日数占全年的46%，为雷暴高发期。3月、4月、5月、6月、9月为雷暴易发期，1月、2月、10月、11月、12月为雷暴少发期。

2.7 雷暴初、终日变化特征

统计宁波地区8个站1973—2014年42年逐年雷暴初日、终日。结果表明，宁波地区的雷暴初日发生主要集中在2—3月，最早的雷暴初日发生在2002年1月15日（余姚），最晚的雷暴初日发生在2000年4月14日（北仑）。宁波地区的雷暴终日主要集中在10—11月，雷暴终日最早出现在8月30日（2001年），最晚出现在1979年12月19日（慈溪、余姚、鄞州）。

3 结论

宁波地区的雷暴日分布特点是山区雷暴多于平原，西部多于东部，雷暴日呈自西向东逐渐减少的趋势。从年际分析来看，宁波地区近42年多年雷暴日数呈逐年减少趋势，以-2.104 4 d/10年的线性趋势显著减少。宁波地区除象山外，其他地区均以不同的线性趋势减少。M-K突变检验显示，在1989年前后发生了1次显著减少性突变，该市1989年后的平均雷暴日较突变前平均值减少了近7.53 d。从小波分析来看，宁波地区雷暴日存在24年和14年左右的周期性变化，在较小时间尺度上，雷暴日年际变化存在5年和10年左右的短周期，甚至还存在局部2～3年更短周期的变化。宁波地区的雷暴日具有明显的季节特征，主要发生在春、夏2个季节，且夏季最多，主要分布在3—9月，高峰集中在7—8月。雷暴初日发生主要集中在2—3月，雷暴终日主要集中在10—11月。

4 参考文献

[1] 徐桂玉，杨修群.我国南方雷暴的气候特征研究[J].气象科学，2001，21（3）：299-307.

[2] 高晓东，杨仲江，刘晓东，等.上海地区雷暴时空分布特征分析[J].安徽农业科学，2010，38（21）：11246-11248.

[3] 陈渭民.雷电学原理[M].北京：气象出版社，2006.

[4] 张敏锋，冯霞.我国雷暴天气的气候特征[J].热带气象学报，1998，14（2）：156-162.

[5] 黄嘉佑.气象统计分析与预报方法[M].北京：气象出版社，2004：3-28.

[6] 吴诚鸥，秦伟良.近代实用多元统计分析[M].北京：气象出版社，2007：119-148.

[7] 符淙斌，王强.气候突变的定义和检测方法[J].大气科学，1992，16（4）：482-493.

[8] 董霖.MATLAB使用详解：基础、开发及工程应用[M].北京：电子工业出版社，2009：648-659.endprint