新疆阿勒泰地區(qū)雷暴時空分布特征分析

張 建，李健麗，黃曉華，李新豫

（阿勒泰地區(qū)氣象局，新疆阿勒泰 836500）

新疆阿勒泰地區(qū)雷暴時空分布特征分析

張 建，李健麗，黃曉華，李新豫

（阿勒泰地區(qū)氣象局，新疆阿勒泰 836500）

利用阿勒泰地區(qū)7個氣象站1961—2010年雷暴觀測資料，采用線性趨勢、變異系數(shù)、Morlet小波分析等方法對該地區(qū)近50a雷暴的時空分布及變化特征進行分析，結(jié)果表明：近50年阿勒泰地區(qū)雷暴的月變化呈單峰型分布，7月為峰值，5—8月為雷暴集中發(fā)生期；該地區(qū)年雷暴由西南向東北逐漸減少，西部多于東部；雷暴大致呈減少趨勢，年際波動較大；1980年代以前，雷暴以8a為顯著周期，1980年代后13a周期最為顯著。

雷暴；時空分布；顯著周期；阿勒泰地區(qū)

雷暴是大氣層結(jié)不穩(wěn)定并產(chǎn)生強烈的對流時，云與云或云與地之間的放電過程，常伴有強烈的雷電活動以及大風、暴雨和冰雹等，是夏季的主要氣象災害之一［1－2］。雷電災害是 “國際減災十年委員會”公布的最嚴重的十種自然災害之一［3］。早在80年代初中國氣象學者就開始對雷暴活動作了一些研究和探討。陳思蓉等［4］對中國雷暴發(fā)生概率的空間分布和影響雷暴發(fā)生的因子等做了詳細分析；針對西北地區(qū)的雷暴活動，李照榮［5］等分析指出，西北地區(qū)雷暴夏季最強，春秋次之，冬季幾乎無雷暴發(fā)生；馮建英［2］等認為西北地區(qū)雷暴在空間分布上高原和高山雷暴最多，平川和盆地最少。新疆的不少學者也針對當?shù)乩妆┑臍夂蛱卣鳌r空變化等作了大量的研究［6－12］，但以上研究都有一定的地域性，關(guān)于阿勒泰地區(qū)雷暴的氣候特征研究的還較少，本文針對該區(qū)域的雷暴特征展開研究，給出該區(qū)域雷暴的時空分布及時間演變特征，以期能夠?qū)υ搮^(qū)域的防雷減災提供科學依據(jù)。

1 資料和方法

采用阿勒泰地區(qū)7個國家級氣象站 （阿勒泰、吉木乃、哈巴河、布爾津、福海、富蘊、青河）1961—2010年逐月雷暴觀測資料，以20時為日界，24h內(nèi)只要記錄有雷暴即為一次雷暴（次），全區(qū)總雷暴頻次為各站之和 （站次），全區(qū)平均雷暴頻次為7站平均 （次）；氣候均值計算時段為1961—2010年。根據(jù)該地區(qū)氣候及農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)特點，11月至翌年3月劃分為冬季，4—5月為春季，6—8月為夏季，9—10月為秋季。

采用線性回歸、變異系數(shù)、Molet小波變換等方法［13－15］，對阿勒泰地區(qū)近50a雷暴進行統(tǒng)計分析。

2 雷暴的氣候統(tǒng)計特征

2.1 空間分布

采用克里格插值方法，繪制近50a阿勒泰地區(qū)雷暴頻次空間分布圖 （圖1），總體表現(xiàn)為：由西南向東北逐漸減少，西部 （吉木乃、哈巴河、布爾津）多于東部 （富蘊、青河）。吉木乃年平均雷暴頻次為21.8次，居全地區(qū)之首，這主要是因為吉木乃夏季午后易產(chǎn)生對流天氣造成的［12－15］；其次為哈巴河，雷暴頻次為18.4次；富蘊最少，僅10.9次。

圖1 1961—2010年阿勒泰地區(qū)年均雷暴頻次空間分布

2.2 月分布

阿勒泰地區(qū)平均雷暴頻次的月變化總體呈單峰型分布，各站分布基本與全區(qū)平均一致 （圖略）。5—8月為雷暴集中發(fā)生期；7月雷暴最多，月平均6.7次，占全年雷暴頻次的41%；6月次之，平均雷暴頻次為4.4次，占全年雷暴頻次的27%；第三是8月，3.6次，占全年雷暴頻次的22.4%。冬季幾乎沒有雷暴發(fā)生 （3月個別站發(fā)生雷暴）；4月、9月和10月全區(qū)平均雷暴頻次各站都不足1次。

2.3 極值分布

表1為近50a來阿勒泰地區(qū)年雷暴頻次極值的分布情況。可以看出，阿勒泰地區(qū)年雷暴頻次最多的年份為20世紀60年代 （青河出現(xiàn)在70年代），其中吉木乃站最多為41次，最少為富蘊站，僅26次。雷暴頻次最少的年份相對分散，哈巴河、吉木乃、布爾津、青河各站均出現(xiàn)在20世紀70年代，阿勒泰、富蘊兩站出現(xiàn)在21世紀初，福海站在20世紀80年代。其中最少的站為富蘊站，僅1次雷暴。

表1 1961—2010年阿勒泰地區(qū)年雷暴頻次極值分布

3 雷暴變化趨勢

3.1 趨勢特征

表2為阿勒泰地區(qū)各站各月雷暴頻次的氣候傾向率，從線性變化趨勢看，全區(qū)平均雷暴頻次大致呈減少趨勢。近50a來，全區(qū)平均雷暴頻次以1.82次/10a的速率遞減；吉木乃減少趨勢最為顯著，達2.74次/10a；其次為福海，為2.31次/10a；布爾津減少趨勢最緩，為0.96次/10a。各站的線性趨勢均通過α＝0.05的顯著性檢驗。

表2 1961—2010年阿勒泰地區(qū)各站雷暴頻次線性趨勢 次/10 a

對7站各月雷暴頻次線性傾向率的分析表明，僅雷暴較少的4月和9月無明顯的增、減趨勢特征，其余各月雷暴均呈一致減少趨勢。5月僅福海站通過α＝0.05的顯著性檢驗；6月吉木乃、青河通過顯著性檢驗，其中吉木乃的減少速率最大，其次為青河；7月除布爾津外，各站均通過α＝0.05的顯著性檢驗，阿勒泰減少速率最大，為1.11次/10a，布爾津僅為0.32次/10a，減速最為緩慢；8月吉木乃的減少速率最大，為0.63次/10a，通過顯著性檢驗，其余各站均未通過α＝0.05的顯著性檢驗。全區(qū)平均與各站各月變化趨勢基本一致，4月增加趨勢不顯著，僅6月、7月通過顯著性檢驗，其中7月減少速率最大。

3.2 年際和年代際變化特征

表3 1961—2010年阿勒泰地區(qū)雷暴頻次的變異系數(shù)

圖2為阿勒泰地區(qū)年平均雷暴頻次的年際和年代際變化曲線圖。從圖2可以看出，阿勒泰地區(qū)雷暴頻次年際波動較大，雷暴出現(xiàn)最多年為1976年，達28.1次，最少年為1974年，僅有8.9次，20世紀70年代雷暴頻次變化最為劇烈。進入21世紀以來，除2005年雷暴頻次超過歷年平均外，其余各年均在平均值以下波動。50a中年雷暴頻次超過25次的只有5a，分別為1961、1963、1973、1976和1984年；而全年不足10次的年份僅有2a，分別是1974年和1997年。

從年代際變化來看雷暴頻次呈逐年代減少趨勢。60年代最多，達21.2次；90年代以前雷暴頻次均在平均值以上波動；2000年代后，雷暴銳減，僅為13次，與60年代相差達7.8次。

4 雷暴的周期變化特征

為了進一步研究近50a來阿勒泰地區(qū)雷暴的變化周期，對其時間序列進行小波分析。圖3為1961—2010年阿勒泰地區(qū)年平均雷暴頻次Morlet小波系數(shù)實部，圖中正值表示雷暴偏多期，負值表示雷暴偏少期。等值線的疏密及絕對值大小反映了雷暴頻次的震蕩強度 （振幅大小）及周期信號的強弱。由圖可見，阿勒泰地區(qū)雷暴頻次存在準32a的長周期，在此周期上主要經(jīng)歷了 “少—多—少—多”的交替演變，但并不顯著。1960年代到1970年代，雷暴頻次以8a周期最為顯著；1980年代到2000年代以13a周期最為顯著，并且在這個時期雷暴頻次存在 “少—多—少—多—少”的交替演變，1980年代初、1990年代中期和2000年代后期雷暴為偏少時段，1980年代中期到1990年代初、1990年代后期到2000年代初為雷暴偏多時期。

圖3 1961—2010年阿勒泰地區(qū)雷暴頻次Morlet小波變換系數(shù)實部分析

5 結(jié)論

（1）阿勒泰地區(qū)雷暴頻次的月變化呈單峰型分布，以7月為峰值，5—8月為雷暴集中發(fā)生期。雷暴頻次最多的年份，除青河為70年代外，各站均為60年代，其中吉木乃最多。雷暴出現(xiàn)最少的年份相對分散。

（2）阿勒泰地區(qū)年雷暴空間分布總體表現(xiàn)為：由西南向東北逐漸減少，西部多于東部。吉木乃平均雷暴頻次居全區(qū)之首，這主要是因為吉木乃夏季午后易產(chǎn)生對流天氣造成的；富蘊雷暴為全地區(qū)最少。各月雷暴頻次的空間分布與年平均雷暴頻次的空間分布基本相同。

（3）全地區(qū)雷暴大體呈減少趨勢。近50a來，全地區(qū)平均雷暴頻次以1.82次/10a的速率遞減，吉木乃減少趨勢最為顯著，其次為福海，布爾津減少趨勢最緩。雷暴頻次的年際波動較大，空間分布較多的地區(qū)，年際變化較小，而雷暴較少的地區(qū)，年際變化卻較大。雷暴呈逐年代減少趨勢，60年代最多，2000年代最少。

（4）Morlet小波分析表明，1980年代以前，雷暴頻次以8a周期最為顯著，1980年代以后13a周期最為顯著，并且在這個時期雷暴頻次存在 “少—多—少—多—少”的交替演變，1980年代初、1990年代中期和2000年代后期雷暴為偏少時段，1980年代中期到90年代初、1990年代后期到2000年代初為雷暴偏多時期。

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A

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1006－4354 （2014）04－0029－04

2014－02－13

張建 （1970—），男，漢族，青海西寧人，助理工程師，從事防雷檢測及研究。