1973—2014年寧波地區雷暴氣候特征分析研究

石湘波+邵程遠+王煥邦+鄭玲

摘要 通過對寧波地區1973—2014年的雷暴日數統計分析，結果表明，該地區的雷暴日分布呈自西向東逐漸減少的趨勢。從年際分析來看，雷暴日數呈逐年減少趨勢，以-2.1044d/10年的線性趨勢顯著減少。除象山外，其他地區均以不同的線性趨勢減少。M-K突變檢驗顯示在1989年前后發生了1次顯著減少性突變，1989年后的平均雷暴日較突變前平均值減少了近7.53 d。從小波分析來看，寧波地區雷暴日存在24年和14年左右的周期性變化，在較小時間尺度上，雷暴日年際變化存在5年和10年左右的短周期。寧波地區的雷暴日具有明顯的季節特征，主要發生在春季和夏季，且夏季最多。

關鍵詞 雷暴日；氣候特征；線性傾向分析；小波分析；Mann-Kendall法；浙江寧波；1973—2014年

中圖分類號 P446 文獻標識碼 A 文章編號 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

雷電對人類的生產生活具有重大影響，因雷電災害造成的經濟損失往往十分巨大，人員傷亡事件時有發生。因此，應當對雷暴活動的規律進行分析和研究，從而提高雷電防御的效果。許多專家學者已經開展了大量相關研究工作，徐桂玉等[1]通過我國南方62個氣象觀測站的25年雷暴日資料研究了我國南方雷暴氣候的空間分布特征，季節變化特征和年際變化規律，為探討大范圍雷暴和大氣環流打下了基礎。高曉東等[2]通過對上海地區38年11個測站逐日雷暴觀測資料的分析，發現上海近38年來雷暴日呈顯著減少的趨勢。陳渭民[3]總結國內外對全球雷暴活動規律的研究成果，發現雷暴活動因地形地勢不同，分布具有很大的不均勻性；海洋上的雷暴明顯小于同一緯度的陸地；隨緯度增加雷暴活動呈現遞減趨勢。

1 資料與方法

1.1 資料來源

本文所用資料是寧波地區8個地面觀測站記錄的1973—2014年雷暴日資料，這8個站分別為慈溪、余姚、北侖、奉化、鄞州、寧海、象山、石浦。

1.2 研究方法

1.2.1 線性傾向分析。本文采用線性傾向分析方法計算寧波地區雷暴日數的變化趨勢，用傾向率表示變化程度。研究寧波地區多年的雷暴變化趨勢，提出氣候趨勢系數R[4]，計算公式如下：

R=■

其中，i表示年數，X為各區塊第i年的雷暴日數，i和X分別表示雷暴日數和多年平均值。

用R值的正負表示在計算的i年內雷暴有線性增（減）的趨勢，并把寧波地區多年雷暴日數，應用二元一次線性方程進行擬合，即：y=a+bx，然后通過t值檢驗確定該趨勢是否顯著[5]。endprint

1.2.2 Mann-Kendall檢驗。用Mann-Kendall非參數檢驗方法[6]判斷雷暴日序列的整體變化趨勢。Mann-Kendall法可以對雷暴日數序列整體變化趨勢進行檢驗，給出雷暴日數突變的情況的顯著水平（取a=0.05，u0.05=1.96），得到統計量曲線上升或下降趨勢，當曲線超出臨界線時說明其變化顯著。

1.2.3 小波分析。采用小波分析（Morlet）分析雷暴日序列的振蕩規律和局部特征。小波分析兼顧整體和局部細節，具有多分辨能力[7]。對氣象時間序列進行不同尺度成分的分析。對于時間序列函數f（t），小波變換定義為如下公式：

2 結果與分析

2.1 雷暴日空間分布特征

由圖1可以看出，寧波地區的雷暴日分布特點是山區雷暴多于平原，西部多于東部，雷暴呈自西向東逐漸減少的趨勢，雷暴日經度變化較緯度變化明顯。雷暴日高值區位于西南山區，位于西南山區的寧海站年平均雷暴日為41 d左右，中部山區的奉化站在37 d左右，位于中部城市帶及西北部平原的鄞州站、余姚、慈溪站雷暴日在31～34 d之間，越靠近東部的站點雷暴日越少。

2.2 雷暴的年際變化特征

2.2.1 年際變化差異大。圖2是寧波地區8個人工站近42年的年平均雷暴日數，數值在27.6 d（石浦站）至41 d（寧海站）之間。另外，根據單站統計，單站最多年雷暴日數68 d，出現在寧海站（1975年）；單站最少年平均雷暴日數為14 d，出現在北侖站（1978年）。單站最多年雷暴日數為單站最少年雷暴日數的5倍左右，說明該地區年雷暴日數年際間變化差異大。

2.2.2 雷暴日數呈減少趨勢。寧波地區年平均雷暴日數為50 d ，其中1975年發生雷暴日數最多，為74 d；1980年和2008年最少，為36 d。圖3中圓點橫線為寧波地區近42年年平均雷暴日數，1973—2014年每年雷暴日數圍繞多年平均值上下波動。從圖3中折線變化可以看出，寧波地區的年雷暴日數基本呈逐年遞減的趨勢，1973—1982年雷暴日數波動幅度較大，且多數處于多年平均值的上方，其10年平均年雷暴日數為54.7 d。1983—1992年的雷暴日數雖波動幅度減小，但多處于多年平均值上方，其10年平均年雷暴日數為50.8 d。1993—2002年的雷暴日數多在多年平均值下方，其10年平均年雷暴日數為47.5 d。2003—2012年的雷暴日數，除2012年以外其余都在平均值以下，其10年平均年雷暴日數為45.9 d。這與張敏鋒等[7]的研究結論（近30年來我國大部分地區年平均雷暴呈減少趨勢）一致。2012年、2013年和2014年雷暴高于多年平均值，但預計之后幾年進入雷暴偏少時期。

根據圖3可知，近42年來寧波地區全年雷暴日數呈波動性減少趨勢，相關系數為-0.286 7，根據0.05信度的顯著性檢驗，其減少趨勢達到顯著水平，經過計算，寧波地區8個站的年雷暴日數的氣候趨勢系數見表1，其中7個測站年雷暴日數的氣候趨勢系數均<0，表明這些地區年雷暴日數呈現較為顯著的減少趨勢，其中，奉化、余姚、寧海的年雷暴日數減少得更為明顯，每10年雷暴日數大約分別減少4.54、3.14、3.18 d。只有象山的氣候趨勢系數R>0，表明象山的年平均雷暴日數存在增加的趨勢，每10年雷暴日數大約增加1.59 d。

2.3 突變檢驗

圖4為寧波地區雷暴日數1973—2014年的年際變化M-K檢驗結果。可以看出，2個統計量在±1.96顯著區間內發生了1次交叉，說明寧波地區雷暴日數在1989年前后發生了1次顯著減少性突變，該地區1989年后的平均雷暴日較突變前平均值減少了近7.53 d，突變顯著。

2.4 小波分析

為了更好地分析寧波地區8個測站年雷暴日序列的振蕩規律和局部特征，利用該區域的年雷暴日資料進行Morlet小波分析[8]（圖5）。結果表明，寧波地區8站雷暴日變化存在多時間尺度結構。研究時域范圍內中，各站年平均雷暴日在24年和14年尺度上交替振蕩顯著，即存在24年和14年左右的周期性變化。對應雷暴14年的變化周期可以看出，1973—2014年寧波地區主要經歷了3個雷暴偏多期和2個雷暴偏少期，多雷暴時段為1973—1981年、1990—1999年、2008—2014年，少雷暴時段為1982—1989年、2000—2007年。

在較小的時間尺度上，雷暴年際變化存在5年和10年左右的短周期，5年周期性變化具有局部化特征，主要表現為20世紀80—90年代和21世紀初；在1973—2014年時域中都存在10年左右的周期，從圖5中的變化規律看，還存在局部2～3年更短周期的變化。

2.5 雷暴日的季節變化特征

從圖6可以看出，寧波地區的雷暴具有明顯的季節特征，主要發生在春、夏2個季節。其中，夏季最多，年平均雷暴日數為29.5 d，占全年的比例為59.2%；春季年平均雷暴日數為12.2 d，占全年的比例為24.5%；冬季最少，年平均雷暴日數1.5 d。

2.6 雷暴日的月變化特征

從圖7可以看出，寧波地區近42年年平均雷暴日在1—12月分布都不均勻。全年每月均有雷暴發生，主要分布在3—9月，高峰集中在7—8月，其雷暴日數占全年的46%，為雷暴高發期。3月、4月、5月、6月、9月為雷暴易發期，1月、2月、10月、11月、12月為雷暴少發期。

2.7 雷暴初、終日變化特征

統計寧波地區8個站1973—2014年42年逐年雷暴初日、終日。結果表明，寧波地區的雷暴初日發生主要集中在2—3月，最早的雷暴初日發生在2002年1月15日（余姚），最晚的雷暴初日發生在2000年4月14日（北侖）。寧波地區的雷暴終日主要集中在10—11月，雷暴終日最早出現在8月30日（2001年），最晚出現在1979年12月19日（慈溪、余姚、鄞州）。

3 結論

寧波地區的雷暴日分布特點是山區雷暴多于平原，西部多于東部，雷暴日呈自西向東逐漸減少的趨勢。從年際分析來看，寧波地區近42年多年雷暴日數呈逐年減少趨勢，以-2.104 4 d/10年的線性趨勢顯著減少。寧波地區除象山外，其他地區均以不同的線性趨勢減少。M-K突變檢驗顯示，在1989年前后發生了1次顯著減少性突變，該市1989年后的平均雷暴日較突變前平均值減少了近7.53 d。從小波分析來看，寧波地區雷暴日存在24年和14年左右的周期性變化，在較小時間尺度上，雷暴日年際變化存在5年和10年左右的短周期，甚至還存在局部2～3年更短周期的變化。寧波地區的雷暴日具有明顯的季節特征，主要發生在春、夏2個季節，且夏季最多，主要分布在3—9月，高峰集中在7—8月。雷暴初日發生主要集中在2—3月，雷暴終日主要集中在10—11月。

4 參考文獻

[1] 徐桂玉，楊修群.我國南方雷暴的氣候特征研究[J].氣象科學，2001，21（3）：299-307.

[2] 高曉東，楊仲江，劉曉東，等.上海地區雷暴時空分布特征分析[J].安徽農業科學，2010，38（21）：11246-11248.

[3] 陳渭民.雷電學原理[M].北京：氣象出版社，2006.

[4] 張敏鋒，馮霞.我國雷暴天氣的氣候特征[J].熱帶氣象學報，1998，14（2）：156-162.

[5] 黃嘉佑.氣象統計分析與預報方法[M].北京：氣象出版社，2004：3-28.

[6] 吳誠鷗，秦偉良.近代實用多元統計分析[M].北京：氣象出版社，2007：119-148.

[7] 符淙斌，王強.氣候突變的定義和檢測方法[J].大氣科學，1992，16（4）：482-493.

[8] 董霖.MATLAB使用詳解：基礎、開發及工程應用[M].北京：電子工業出版社，2009：648-659.endprint