鐵嶺地區雷暴的時空變化特征分析

摘要 利用1971～2010年鐵嶺市4個氣象站地面觀測資料，采用線性趨勢法、滑動t檢驗和山本（Yamamoto）法，分析了鐵嶺市雷暴的氣候特征、突變情況及雷暴與溫度的關系。結果表明，鐵嶺市雷暴年變化大，40年雷暴日數呈減少趨勢，月分布為6～8月多、11月～次年2月少;滑動t檢驗法和山本（Yamamoto）法檢驗顯示，雷暴沒有發生突變;月雷暴日與溫度正相關。

關鍵詞 雷暴;氣候特征;滑動t檢驗;山本（Yamamoto）法;趨勢分析

中圖分類號 S161 "文獻標識碼

A "文章編號 0517-6611（2014）32-11443-03

雷暴是一種中小尺度對流天氣，局地性強，有時伴有局地暴雨、冰雹和大風，是危害性很強的天氣現象[1]。隨著我國經濟的快速發展，雷暴給各行各業帶來的影響日趨明顯，它不僅可以瞬間擊毀建筑物、通信設施、供電系統、引發火災，甚至造成人員傷亡。因此，深入研究雷暴的發生規律，對開展雷電監測、預報預警、雷電災害防御具有十分重要的意義。

近年來，有許多氣象工作者對全國[2-4]、南方[5]、西北地區[6-7]雷暴的氣候特征、變化趨勢進行了研究，如胡先鋒等利用1998～2004年全國雷電災害資料對我國雷電災害的時空特征及造成的損失進行了分析，指出我國雷電災害次數呈逐年波動增長趨勢，夏季是我國雷電災害發生最多的季節，占全年雷電災害的66%，雷電災害的地理分布總體上為南多北少，雷電造成的人員傷亡事故和社會經濟損失的分布具有明顯的區域性，電力和通信行業受雷災的比例最大[8]。鐵嶺地處遼寧省北部，鐵嶺地區呈東高西低走勢，東部屬上白山余脈，西部為遼河平原，屬溫帶大陸性季風氣候，夏季炎熱，冬季寒冷，四季分明，每年都有雷電災害發生，但地形不同的地區雷暴發生的日數存在很大差異。筆者利用1971～2010年鐵嶺市4個氣象地面觀測資料，采用線性趨勢、滑動t檢驗、山本（Yamamoto）法，對鐵嶺市雷暴的時空變化特征、突變情況及雷暴與溫度的關系進行了分析。

1 資料與方法

1.1 資料選取 利用鐵嶺市4個氣象站（西豐縣、鐵嶺縣、昌圖縣、開原市）地面觀測資料月報表中的雷暴日數資料，統計1971～2010年鐵嶺市雷暴。以全市一日內（20：00～次日20：00）出現雷聲（1次或多次）為一個雷暴日。年雷暴日數是全年各月所有雷暴日數總和，年平均雷暴日數是指全市40年雷暴日數的平均值。

1.2 分析方法 采用了氣象應用研究中常用的氣候趨勢法、滑動t檢驗和山本（Yamamoto）法，對鐵嶺市雷暴日的年、月及初終日進行了分析。滑動t檢驗和山本（Yamamoto）法檢驗是利用DPS（Data Processing System）數據處理系統軟件來實現。滑動t檢驗是通過考察兩組樣本平均值的差異是否顯著來檢驗突變。此方法是把一氣候序列中兩段子序列均值有無顯著差異看做來自2個總體均值有無顯著差異的問題來檢驗。如果兩段子序列的均值差異超過了一定的顯著性水平，可以認為均值發生了質變，有突變發生。根據梁鳳英對滑動t檢驗的分析說明[9]，可以根據t統計量曲線上的點是否超過tα值來判斷序列是否出現過突變。山本（Yamamoto）法也是用檢驗兩子序列均值的差異是否顯著來判別突變的。它比t檢驗更簡單明了。

2 結果與分析

2.1 雷暴的地域分布

各站1971～2010年雷暴日數資料顯示，鐵嶺地區雷暴日的分布具有明顯的地域性，雷暴日的分布東西差異較大，東多西少，西豐縣年雷暴日數為37.2 d，鐵嶺縣為31.1 d，昌圖和開原分別為32.2和33.0 d，除西豐外，其他3站相差不明顯，這是由于西豐縣地處山區，它的多發區與地形有明顯關系，山區雷暴明顯多于平原地區，這是由于地形對氣流的抬升作用所致，特別是夏季，午后地面受日射加熱，在近地層形成不穩定層結，容易產生對流。

2.2 雷暴日數的時間變化特征

2.2.1 雷暴日數的年代際變化。

從圖1可以看出，20世紀70年代是雷電相對頻發期，平均每年出現56.0個雷暴日，高于平均水平5.86%，21世紀以來平均每年出現49.3個雷暴日，低于平均水平6.81%，80年代、90年代平均每年分別出現53.4、52.9 d，與年平均水平接近。說明鐵嶺市雷暴的發生70年代最為頻繁，而后呈逐年減少趨勢。

近40年鐵嶺全市年平均雷暴日數為52.9 d，雷暴日數年際差異較大，全市年雷暴日數最多為80 d，出現在2005年，最少為35 d，出現在2007年，最多年份是最少年份的2.3倍。1971～2010年雷暴日數氣候傾向率為-2.2 d/10a，即雷暴日數減少幅度為2.2 d/10a，這與張敏鋒等在研究我國雷暴天氣的氣候特征中指出近30年來我國大部分地區平均雷暴頻數在波動中減少的趨勢[10]基本一致，也與遼寧省雷暴日數年變化趨勢總體呈逐漸下降趨勢[11]相同。通過5年滑動平均變化曲線可以看出，鐵嶺雷暴日年變化曲線呈波動狀，高值點在20世紀70年代末、80年代中期后期、90年代初期、2005年，20世紀70～90年代雷暴日以8年左右為一周期，進入21世紀無明顯周期。

從各站雷暴日數的年際分布看，波動幅度最大的是開原市，最多年份比最少年份多37 d，昌圖縣相差最少，為28 d。

若取距平≥10為多雷暴年，距平≤-10為少雷暴年，統計40年來鐵嶺雷暴日數發現，多雷暴年為6年（1971、1980、1987、1991、1994、2005年），少雷暴年為5年（1995、1997、1999、2007、2010年），多雷暴年在各年代均有出現，但20世紀80年代和90年代分別有2年，而20世紀70年代和21世紀以來各有1年，少雷暴年主要出現在90年代以后，這與雷暴年變化趨勢基本一致。

2.2.2 雷暴日數的月變化特征。

由圖2可見，鐵嶺地區除1月無雷暴發生外，其他各月均有發生，其中6～8月出現雷暴日合計為1 447 d，年平均為36.2 d，占全年雷暴平均日數的68.4%，7月為雷暴的高發期，累計547 d，年平均為13.7 d，發生頻率為44.2%，其次是6和9月，分別出現516和384 d，單月最多雷暴日為26 d，出現在2005年6月，而2和12月出現雷暴的概率很小，每月僅有1 d;單站月最多雷暴日分別為鐵嶺15 d、昌圖16 d、開原15 d、西豐20 d。

2.2.3 雷暴的初終日及雷暴的持續期分析。

由表1可知，

圖1 1971～2010年鐵嶺雷暴日數年代（a）和年際（b）變化

圖2 1971～2010年鐵嶺市各月年平均雷暴日數分布

1971～2010年鐵嶺市初雷日平均為4月13日，最早出現在2月13日（2007年昌圖和開原），最晚出現在6月19日（2004

年開原）;終

雷日全市平均為10月25日，最早出現在8月19日（1978年昌圖），最晚出現在12月9日（2004年開原），初（終）雷日最早和最晚相差3～4個月。圖3顯示，初雷日有逐年提前的趨勢，而終雷日有逐年推遲的趨勢。與多年平均值相比，雷暴初日近10年偏早，20世紀80年代偏晚;雷暴終日20世紀70年代偏早，近10年偏晚。

將雷暴初日和終日之間的日數定義為雷暴持續期。鐵嶺市雷暴平均持續期為195.7 d，年持續期最長為261 d（2007年），年持續期最短為105 d（2010年），就單站而言，開原市最長和最短持續期相差最多，為156 d，西豐縣相差最少，為98 d，鐵嶺縣和昌圖縣分別為122和143 d。可見，不同地區雷暴持續期的年際差異較大。

表1 1971～2010年鐵嶺雷暴初日、終日和持續期

站名初雷日最早最晚平均

終雷日最早最晚平均

持續期∥d最長最短平均

鐵嶺縣

1971-03-28

1997-03-282010-06-14

04-24

2001-08-24

1991-11-29

10-13

228（1978）

106（2010）

172.9

昌圖縣2007-02-132004-05-1504-211978-08-191991-11-2910-14261（2007）118（1978）177.2

開原市2007-02-132004-06-1904-241983-09-142004-12-0910-16261（2007）105（2010）175.2

西豐縣1997-03-282010-05-2904-051982-09-071991-11-2910-16220（1991）122（2010）176.4

全市2007-02-132004-06-1904-131978-08-192004-12-0910-25261（2007）105（2010）195.7

圖3 1971～2010年鐵嶺市初雷日（a）和終雷日（b）變化

2.3 雷暴活動與氣象要素的關系

由圖4可見，鐵嶺市雷暴日數的月變化與平均氣溫的月變化十分相似，4月份開始氣溫上升加快，熱力不穩定條件增強，雷暴日數逐漸增加，進入7月水汽充沛，對流發展旺盛，雷暴最多，8月氣溫開始下降，對流天氣減少，雷暴日數開始回落，冬季氣溫低，基本無雷暴發生;雷暴日的月變化與平均氣溫的月變化呈正相關關系，雷暴的多發期出現在月平均氣溫>20 ℃的月份，月平均氣溫<0 ℃的月份雷暴發生日數僅占總日數的1.1%。表明下墊面的增溫幅度、熱對流的強弱是影響雷暴發生和分布的主要因素。

圖4 鐵嶺各月雷暴日數與平均氣溫的月變化

注：圖a中2條虛直線表示顯著水平α=0.01的臨界值U（U=±3.2）。圖b中虛直線為α=0.01顯著水平的臨界值。

圖5 1971～2010年鐵嶺雷暴日滑動t統計量（a）和Yamamoto信噪比（b）曲線

2.4 雷暴日的突變檢驗

采用滑動t檢驗對鐵嶺市1971～2010年雷暴日進行突變檢驗，這里樣本數為40，2個子序列長度均為10，取0.01的顯著水平，給定t0.01=±3.2，將計算出來的t統計量序列繪制成滑動t統計量曲線，從圖5a可以看出t統計量沒有超過0.01顯著水平，雷暴日沒有發生突變。

對于1971～2010年雷暴日變化序列，同樣取0.01的顯著水平，分析信噪比，圖5b顯示信噪比曲線沒有超過0.01顯著水平臨界值，說明雷暴日沒有發生突變。滑動t檢驗和山本（Yamamoto）法2種檢驗方法結果一致，由此判定鐵嶺市1971～2010年雷暴日沒有發生突變。

3 結論與討論

（1）鐵嶺地區雷暴日的分布東西差異較大，東多西少，山區雷暴明顯多于平原地區，西豐縣年雷暴日最多為37.2 d，其他3站相差不明顯。

（2）1971～2010年鐵嶺平均雷暴日為52.9 d，最多為80 d，最少為35 d，雷暴日的年變化呈線性減少趨勢，平均減少趨勢為2.2 d/10a。

（3）6～8月是鐵嶺市雷暴多發期，占全年雷暴日數的68.4%，峰值出現在7月，11月～次年2月雷暴日最少，1月無雷暴發生。

（4）鐵嶺雷暴的初（終）日變化較大，初日最早為2月13日，最晚為6月19日;終日最早為8月19日，最晚出現在12月9日，最早、最晚相差3～4個月。初雷日有提前趨勢，終雷日有推遲趨勢。

（5）月雷暴日變化與溫度變化呈正相關，溫度高的月份雷暴日數多，溫度低的月份雷暴日數少。雷暴的多發期出現在月平均氣溫>20 ℃的月份，月平均氣溫<0 ℃的月份雷暴發生日數僅占總日數的1.1%。

（6）利用MannKendall和Yamamoto法進行突變檢驗，結果發現鐵嶺雷暴日減少趨勢不顯著，沒有發生突變。