定遠(yuǎn)地區(qū)55a雷暴日特征統(tǒng)計(jì)分析

蔣曉武 張先衛(wèi) 洪程

摘 要：利用定遠(yuǎn)國家氣象基本站1957-2011年逐月雷暴日資料，對定遠(yuǎn)縣雷暴日數(shù)變化趨勢進(jìn)行了數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析，并進(jìn)行了Mann—Kendall突變檢驗(yàn)，結(jié)果顯示：定遠(yuǎn)縣年雷暴日數(shù)總體呈現(xiàn)減少趨勢，年平均雷暴日數(shù)為31.4d，氣候線性傾向率為-1.569d/10a，月平均雷暴日數(shù)呈現(xiàn)單峰型，峰值出現(xiàn)在8月，平均為11d，20世紀(jì)60年代最多，20世紀(jì)90年代最少。夏季最多，冬季最少，春季比秋季多。20世紀(jì)60年代中期到20世紀(jì)90年代末期雷暴呈現(xiàn)減少趨勢，20世紀(jì)80年代初期之后就呈現(xiàn)顯著減少，M-K檢驗(yàn)顯示下降突變時(shí)間出現(xiàn)在1968年。

關(guān)鍵詞：雷暴日；氣候特征；Mann—Kendall檢驗(yàn)

中圖分類號 P46 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號 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

雷暴為積雨云中、云間及云地之間產(chǎn)生的放電現(xiàn)象，是一種伴有冰雹、大風(fēng)和雷電等多種天氣現(xiàn)象的中小尺度天氣過程[1-2]。根據(jù)雷電學(xué)原理，大氣中的雷電大多發(fā)生在雷暴的活動(dòng)期，這就說明研究雷暴活動(dòng)規(guī)律對雷電防護(hù)技術(shù)的深入發(fā)展意義重大。《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》（GB50343）等國家標(biāo)準(zhǔn)中，也將按年平均雷暴日多少劃分的等級，作為雷電防護(hù)工程評估、設(shè)計(jì)的依據(jù)。

雷暴是一種災(zāi)害性天氣，隨著國民經(jīng)濟(jì)的日益發(fā)展，各行業(yè)遭受雷暴災(zāi)害的頻率越來越高，經(jīng)濟(jì)損失也逐年加重，尤其是城市高層建筑物、易燃易爆場所、計(jì)算機(jī)及其場地等極易遭受雷暴襲擊[3]。雷暴活動(dòng)是一個(gè)地區(qū)的氣候基本特征之一，對雷電長時(shí)間尺度的預(yù)測及防雷減災(zāi)具有重要指導(dǎo)作用，因此許多學(xué)者對各地雷暴活動(dòng)的氣候特征進(jìn)行了大量研究[4-10]。定遠(yuǎn)縣是皖東地區(qū)人口最多和面積最大的縣，位于北緯32°13′～32°42′、東經(jīng)117°13′～118°15′，是江淮江淮分水嶺脊背，同時(shí)也是南北氣候和海陸氣候的過渡帶，南北冷暖氣團(tuán)交匯頻繁，常有雷暴天氣發(fā)生，給工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、人民的生命財(cái)產(chǎn)造成巨大的損失。本文利用定遠(yuǎn)國家基本氣象站55a雷暴資料，通過數(shù)理統(tǒng)計(jì)和Mann—Kendall檢驗(yàn)法，研究了本地的雷暴氣候統(tǒng)計(jì)特征及其變化趨勢，以期為雷電預(yù)測及防雷減災(zāi)提供科學(xué)依據(jù)。

1 資料選取及方法

1.1 資料 選用定遠(yuǎn)國家基本氣象觀測站1957—2011年共55a逐月雷暴日資料，以1d內(nèi)聽到1次或1次以上雷聲統(tǒng)計(jì)為一個(gè)雷暴日，若某次雷暴跨越20時(shí)，按2個(gè)雷暴日進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，取1981—2010年30a的氣候平均值作為參照。為了很好地反映出歷年各季節(jié)的雷暴日情況，將3～5月定為春季，6～8月定為夏季，9～l1月定為秋季，l2月至次年2月定為冬季。

1.2 研究方法 在時(shí)間序列趨勢分析中，Mann—Kendall檢驗(yàn)法是世界氣象組織推薦并已廣泛使用的非參數(shù)檢驗(yàn)方法，最初由Mann和Kendall提出。許多學(xué)者不斷應(yīng)用Mann—Kendall方法來分析降水、徑流、氣溫和水質(zhì)等要素時(shí)間序列的趨勢變化。Mann—Kendall檢驗(yàn)不需要樣本遵從一定的分布，也不受少數(shù)異常值的干擾，適用于水文、氣象等非正態(tài)分布的數(shù)據(jù)，計(jì)算簡便。

對于具有n個(gè)樣本量的時(shí)間序列X，構(gòu)造一秩序列：

可見，秩序列sk是第i時(shí)刻數(shù)值大于j時(shí)刻數(shù)值個(gè)數(shù)的累計(jì)數(shù)。在時(shí)間序列隨機(jī)獨(dú)立的假定下，定義統(tǒng)計(jì)量

式中UF1=0，E（sk），Var（sk）是累計(jì)數(shù)sk的均值和方差，在x1，x2，…，xn相互獨(dú)立，且有相同連續(xù)分布時(shí)，由下式算：

UFk為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布，它是按時(shí)間序列x順序x1，x2，…，xn計(jì)算出的統(tǒng)計(jì)量序列，給定顯著性水平α，查正態(tài)分布表，若|UFk|>Uα，則表明序列存在明顯的趨勢變化。按時(shí)間序列x逆序xn，xn-1，…，x1，再重復(fù)上述過程，同時(shí)使UBk=–UFk，k=n，n–1，…，1，UB1=0。

通過分析統(tǒng)計(jì)序列UFk和UBk可以進(jìn)一步分析序列x的趨勢變化，而且可以明確突變的時(shí)間，指出突變的區(qū)域。若u值>0，則表明序列呈上升趨勢；u值<0，則表明呈下降趨勢；當(dāng)它們超過臨界直線時(shí)，表明上升或下降趨勢顯著。如果UFk和UBk這2條曲線出現(xiàn)交點(diǎn)，且交點(diǎn)在臨界直線之間.那么交點(diǎn)對應(yīng)的時(shí)刻就是突變開始的時(shí)刻。

2 結(jié)果與分析

2.1 雷暴月氣候特征分析 由圖1可知，定遠(yuǎn)站1957-2011年月平均雷暴日數(shù)呈現(xiàn)單峰型，全年各月均有雷暴出現(xiàn)，11月至次年2月月平均雷暴日數(shù)<0.4d，占全年雷暴日數(shù)的0.02%，7～8月月平均雷暴日數(shù)均>8d，占全年雷暴日數(shù)的58%，1～7月雷暴日數(shù)逐漸增加，8～12月相繼減少，峰值出現(xiàn)在7月，平均為10d，8月次之，平均為8.3d。

2.2 雷暴年氣候特征分析 定遠(yuǎn)縣歷年平均雷暴日數(shù)為31.4d/a，最多年份為54d，出現(xiàn)在1974年，最少年份僅11d，出現(xiàn)在1999年。定遠(yuǎn)縣1957-2011年雷暴日數(shù)年際變化如圖2所示，由圖2可知，20世紀(jì)50年代出現(xiàn)緩慢增加趨勢，20世紀(jì)60～90年代出現(xiàn)減少，21世紀(jì)初開始有所增加，年雷暴日數(shù)總體存在波動(dòng)減少趨勢，其氣候線性傾向率為-1.569d/10a，即每10a雷暴日數(shù)減少1.569d。

定遠(yuǎn)縣雷暴日數(shù)在20世紀(jì)60年代最多，其次是20世紀(jì)70年代，20世紀(jì)90年代最少。季節(jié)雷暴日數(shù)的年代際變化則表現(xiàn)為：春季雷暴日數(shù)在20世紀(jì)90年代最多，20世紀(jì)70年代次之，20世紀(jì)60年代最少；夏季雷暴日數(shù)20世紀(jì)70年代最多，其次是20世紀(jì)60年代，20世紀(jì)90年代最少；秋季降水量在20世紀(jì)60年代最多，最近10a最少；冬季在最近10a降水最多，20世紀(jì)80年代最少（表1）。總體上，夏季最多，冬季最少，春季比秋季多。

2.3 年雷暴日數(shù)M-K突變檢驗(yàn)分析 利用Mann-Kendall檢驗(yàn)方法，對定遠(yuǎn)站1957-2011年55a的年雷暴日數(shù)進(jìn)行突變檢測和分析。由圖3可見，20世紀(jì)50年代末至60年代初雷暴為增加趨勢，20世紀(jì)60年代中期到90年代末期雷暴呈現(xiàn)減少趨勢，20世紀(jì)80年代初期之后就呈現(xiàn)顯著減少，超過了1.96的臨界線（通過α=0.05顯著性檢驗(yàn)），突變時(shí)間出現(xiàn)1968年。21世紀(jì)初雷暴日數(shù)開始轉(zhuǎn)折，出現(xiàn)增加趨勢。與定遠(yuǎn)縣雷暴總體具有減少的趨勢相一致。

3 結(jié)論

（1）定遠(yuǎn)縣雷暴全年各月均有雷暴出現(xiàn)，月平均雷暴日數(shù)呈現(xiàn)單峰型，峰值出現(xiàn)在8月，平均為11d，7月次之，平均為10d，7～8月占全年雷暴的58%，11月至次年2月月平均雷暴日數(shù)<0.4d。

（2）定遠(yuǎn)縣雷暴有明顯的年代際變化，年平均雷暴日數(shù)為31.4d，最多年份為54d，出現(xiàn)在1974年，最少年份僅11d，出現(xiàn)在1999年，年雷暴日數(shù)總體存在減少趨勢，其氣候線性傾向率為-1.569d/10a。

（3）定遠(yuǎn)縣雷暴日數(shù)在20世紀(jì)60年代最多，20世紀(jì)90年代最少。夏季最多，冬季最少，春季比秋季多。

（4）Mann—Kendall突變檢驗(yàn)顯示，20世紀(jì)50年代末至60年代初雷暴為增加趨勢，20世紀(jì)60年代中期至90年代末期雷暴呈現(xiàn)減少趨勢，20世紀(jì)80年代初期之后就呈現(xiàn)顯著減少，下降突變時(shí)間出現(xiàn)在1968年。21世紀(jì)初開始出現(xiàn)增加趨勢。

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（責(zé)編：張宏民）