和田地區(qū)雷暴的分布特征分析

李 靜，金海東，張靖澤

1.和田地區(qū)氣象局，新疆和田 848000；2.天津市薊州區(qū)氣象局，天津 301900；3.成都信息工程大學(xué)，四川成都 610225

和田地區(qū)屬于干旱荒漠性氣候，年降水量稀少，年平均降水量41 mm為干旱地區(qū)。降水季節(jié)較為集中，同時(shí)當(dāng)?shù)氐V物、油氣、光能資源豐富，尤其是和田作業(yè)區(qū)已探明石油，天然氣儲(chǔ)備豐富，因此研究雷暴活動(dòng)規(guī)律、時(shí)空分布特征和降水時(shí)空分布十分重要，對(duì)油氣開采、防雷減災(zāi)具有重要意義。利用了和田地區(qū)1960—2020年近60年間的逐日降水?dāng)?shù)據(jù)、1960—2013年的雷暴日數(shù)的數(shù)據(jù)(2014年以后取消了雷暴日數(shù)人工觀測(cè)，采用了閃電定位儀自動(dòng)觀測(cè))，運(yùn)用氣候傾向率，從降水百分比計(jì)算氣候傾向率、雷暴日數(shù)百分比入手，研究和田地區(qū)雷暴分布規(guī)律及趨勢(shì)。

1 資料來源與研究方法

1.1 資料來源

站點(diǎn)數(shù)據(jù)包括和田地區(qū)的7個(gè)站點(diǎn)，記錄了和田、墨玉、洛浦、民豐、皮山、策勒、于田7個(gè)觀測(cè)站1960—2020年的逐日降水?dāng)?shù)據(jù)，其中墨玉和洛浦氣象數(shù)據(jù)為1966—2020年。雷暴日研究采用了1960—2013年同樣7個(gè)站點(diǎn)的雷暴日氣象觀測(cè)資料。

1.2 研究方法

在研究和田地區(qū)的降水分布時(shí)，為了更好、更精確地表達(dá)降水時(shí)空分布特征，首先對(duì)和田地區(qū)的降水進(jìn)行了降水量的等級(jí)劃分，采用了中國(guó)氣象局公布的降水強(qiáng)度劃分標(biāo)準(zhǔn)，24 h降水量等級(jí)劃分，小雨：0.1～9.9 mm；中雨：10.0～24.9 mm；大雨：25.0～49.9 mm；暴雨：50.0～99.9 mm。

氣候傾向率即回歸方程的回歸系數(shù)乘以10，方程為y=β2+β1，其中x為自變量，表示時(shí)間，表示月或年。y為因變量，表示降水日數(shù)百分比或雷暴日數(shù)百分比。β2為回歸系數(shù)，若β2為負(fù)值，則說明y隨著x的增加而減小；若β2為正值，則說明y隨著x的增加而增加；當(dāng)y隨x的變化通過0.05或0.01的顯著性檢驗(yàn)時(shí)就規(guī)定氣候傾向率為β2乘以10，其單位為mm/10年，β1為回歸常數(shù)。其公式如下：

式中，x為時(shí)間序列，表示為月/年；y為氣候氣象要素，表示降水日數(shù)百分比或雷暴日數(shù)百分比。當(dāng)r通過0.05或0.01顯著性檢驗(yàn)時(shí)就定義β2×10即氣候傾向率，單位為%/10年。表示氣象要素的變化百分比。

1.3 降水日數(shù)百分比

降水日數(shù)百分比是指某一等級(jí)的降水天數(shù)與這一年的所有這一等級(jí)的降水天數(shù)的比值。雷暴日百分比與此同理。

2 和田地區(qū)降水日數(shù)分布特征

利用1960—2020年和田地區(qū)7個(gè)觀測(cè)站的逐日降水?dāng)?shù)據(jù)，先運(yùn)用式(1)進(jìn)行降水等級(jí)劃分，再用式(1)、(2)計(jì)算氣候傾向率并進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。在ArcGIS中將氣候傾向率通過顯著性檢驗(yàn)的地區(qū)加以區(qū)分就得到了和田地區(qū)1—12月不同等級(jí)的降水日數(shù)隨時(shí)間的變化顯著性檢驗(yàn)，將氣候傾向率通過顯著性檢驗(yàn)的地區(qū)與月份整合，便得到了不同等級(jí)的降水日數(shù)隨時(shí)間變化顯著性檢驗(yàn)和氣候傾向率統(tǒng)計(jì)表。同時(shí)，因ArcGIS圖片清晰度等技術(shù)限制，在研究不同月份氣象要素隨時(shí)間變化的顯著性檢驗(yàn)分布圖將采用較為具有代表性的月份。

2.1 和田地區(qū)月小雨日數(shù)隨時(shí)間變化特征

參考24 h降水量等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)先篩選出日降水量為小雨范圍的降水天數(shù)，以月為x序列，算出得到和田地區(qū)的月小雨降水日數(shù)百分比，算出氣候傾向率并進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。具體分析結(jié)果如下：

第一，1、3、4、11月，和田地區(qū)小雨降水日數(shù)百分比變化不明顯，7個(gè)站點(diǎn)均未通過0.05或0.01顯著性檢驗(yàn)。第二，2月小雨日數(shù)變化通過了0.05和0.01顯著性檢驗(yàn)的地區(qū)為和田、洛浦、墨玉、于田。這4個(gè)站點(diǎn)氣候傾向率均為負(fù)值，為(-1.02%～-1.23%)/10年，表明小雨降水日數(shù)逐漸減少，其中墨玉小雨降水量在2月中減少最多為-1.23%/10年。表明墨玉在2月小雨降水日數(shù)百分比隨時(shí)間而緩慢減少。第三，5月僅有民豐通過了0.01顯著性檢驗(yàn)，為1.54%/10年，表明了民豐5月份小雨降水日數(shù)百分比隨時(shí)間而緩慢增加。第四，6月通過0.05顯著性檢驗(yàn)的縣為洛浦、策勒、于田，為(0.90%～1.09%)/10年，表明在6月小雨降水日數(shù)百分比隨時(shí)間而緩慢增加。第五，7月通過0.05顯著性檢驗(yàn)的為策勒、墨玉，分別為-0.95%/10年、-1.04%/10年，均 為負(fù)值，表明7月小雨降水日數(shù)百分比隨時(shí)間而緩慢減少。第六，8月通過0.05顯著性檢驗(yàn)的只有策勒，為-1.03%/10年，表明在8月小雨降水日數(shù)百分比隨時(shí)間而緩慢減少。第七，9月僅策勒未通過顯著性檢驗(yàn)。通過0.05顯著性檢驗(yàn)的縣為和田、洛浦、民豐、皮山，氣候傾向率為(-1.38%～-2.60%)/10年，通過0.01顯著性檢驗(yàn)的地區(qū)為于田，傾向率為-2.29%/10年，2種通過顯著性檢驗(yàn)的縣傾向率均為負(fù)值，表明9月小雨降水日數(shù)百分比隨時(shí)間而緩慢減少。第八，10月通過0.05顯著性檢驗(yàn)的縣為洛浦、民豐、皮山，傾向率為(-1.85%～-3.62%)/10年，表明10月小雨降水日數(shù)百分比隨時(shí)間而減少。第九，12月通過0.05顯著性檢驗(yàn)的縣為洛浦、民豐，傾向率分別為1.46%/10年、1.99%/10年。通過0.01顯著性檢驗(yàn)的縣為和田、皮山、策勒、墨玉、于田，傾向率為1.50%～2.02%/10年，表明12月小雨降水日數(shù)百分比隨時(shí)間而增加[1]。

2.2 和田地區(qū)月中雨日數(shù)隨時(shí)間變化特征

篩選出和田地區(qū)日降水量為中雨范圍的降水日數(shù)，以月為x序列，算出得到和田地區(qū)的月中雨降水日數(shù)百分比，算出氣候傾向率并進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。具體分析結(jié)果如下：

第一，1月僅墨玉通過了0.05顯著性檢驗(yàn)，傾向率為1.85%/10年，表明中雨降水日數(shù)百分比隨時(shí)間而緩慢增加。第二，2月僅民豐通過了0.05顯著性檢驗(yàn)，傾向率為-2.49%/10年，表明中雨降水日數(shù)百分比隨時(shí)間而緩慢減少。第三，6月僅洛浦通過了0.05顯著性檢驗(yàn)，傾向率為1.4%/10年，表明中雨降水日數(shù)百分比隨時(shí)間而緩慢增加。第四，7月僅策勒通過了0.01顯著性檢驗(yàn)，傾向率為-1.68%/10年，表明中雨降水日數(shù)百分比隨時(shí)間而緩慢減少。第五，8月民豐通過了0.05顯著性檢驗(yàn)，傾向率為-1.91%/10年，代表了中雨降水日數(shù)百分比隨時(shí)間而減少；皮山地區(qū)通過了0.05顯著性檢驗(yàn)，傾向率為1.13%/10年，表明中雨降水日數(shù)百分比隨時(shí)間而增加。第六，9月僅民豐通過了0.05顯著性檢驗(yàn)，傾向率為-1.70%/10年，表明中雨降水日數(shù)百分比隨時(shí)間而緩慢減少。第七，3、4、5、10、11、12月，和田地區(qū)各縣中雨降水日數(shù)百分比隨時(shí)間變化不明顯，均未通過顯著性檢驗(yàn)。

2.3 和田地區(qū)降水日數(shù)隨時(shí)間變化特征

與區(qū)分等級(jí)的降水日數(shù)變化趨勢(shì)不同，和田地區(qū)的降水日數(shù)變化特征將不再分級(jí)，而是直接統(tǒng)計(jì)降水百分比，更直觀地研究整個(gè)和田地區(qū)的降水變化趨勢(shì)，即篩選出和田地區(qū)的降水日數(shù)，以月/年為x序列，算出得到和田地區(qū)的月/年降水日數(shù)百分比，算出氣候傾向率并進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。具體分析結(jié)果如下：

2.3.1 和田地區(qū)月降水日數(shù)隨時(shí)間變化第一，1、3、4、5、10月，和田地區(qū)的月降水量隨時(shí)間的變化不明顯，均未通過顯著性檢驗(yàn)。第二，2月于田通過了0.05顯著性檢驗(yàn)，傾向率為-0.91%/10年；民豐通過了0.01顯著性檢驗(yàn)，傾向率為-1.11%/10年。表明降水日數(shù)百分比隨時(shí)間而緩慢減少。第三，6月僅有洛浦通過了0.01顯著性檢驗(yàn)，傾向率為0.78%/10年，表明降水日數(shù)百分比隨時(shí)間而緩慢增加。第四，7月于田通過了0.05顯著性檢驗(yàn)，傾向率為-0.40%/10年；和田、策勒、墨玉通過了0.01顯著性檢驗(yàn)，傾向率分別為-0.6%/10年、-0.90%/10年、-0.14%/10年，表明降水日數(shù)百分比隨時(shí)間緩慢減少。第五，8月策勒通過了0.05顯著性檢驗(yàn)，傾向率為-0.89%/10年；民豐通過了0.01顯著性檢驗(yàn)，傾向率為-0.93%/10年，表明降水日數(shù)百分比隨時(shí)間而緩慢減少。第六，9月通過了0.05顯著性檢驗(yàn)的縣為：和田、皮山，傾向率分別為-1.02%/10年、-0.82%/10年。通過了0.01顯著性檢驗(yàn)的縣為洛浦、民豐、策勒、墨玉、于田，傾向率為(-1.97%～-0.25%)/10年。表明降水日數(shù)百分比隨時(shí)間而減少。第七，11月僅墨玉通過了0.05顯著性檢驗(yàn)，傾向率為1.47%/10年，表明降水日數(shù)百分比隨時(shí)間而緩慢增加。第八，12月僅墨玉未通過顯著性檢驗(yàn)。其他縣市通過0.01顯著性檢驗(yàn)，為(1.31%～1.81%)/10年，均為正值，表明降水日數(shù)百分比隨時(shí)間增加。

2.3.2 和田地區(qū)年降水日數(shù)隨時(shí)間變化通過0.05顯著性檢驗(yàn)的縣為和田、皮山、于田，傾向率分別為0.09%/10年、0.08%/10年、0.09%/10年，降水日數(shù)分別為每10年增加0.09%、0.08%、0.09%。通過0.01顯著性檢驗(yàn)的縣為洛浦、民豐、墨玉，傾向率分別為0.23%/10年、0.11%/10年、0.25%/10年，降水日數(shù)分別為每10年增加0.23%、0.11%、0.25%。由此可見，和田地區(qū)的7個(gè)縣在有數(shù)據(jù)記錄以來的近60年，其降水日數(shù)表現(xiàn)為增加，即和田地區(qū)各縣的降水日數(shù)在可預(yù)見的未來將保持持續(xù)、緩慢的增長(zhǎng)趨勢(shì)[2]。

3 和田地區(qū)雷暴日分布特征

和田地區(qū)地處南疆，從其雷暴頻率來看為我國(guó)雷暴高發(fā)區(qū)，且目前已探明和田前線作業(yè)區(qū)石油、天然氣儲(chǔ)量豐富。因此，對(duì)雷暴的研究將會(huì)對(duì)和田地區(qū)的作業(yè)開采具有一定的安全指示。在本文中因和田地區(qū)的雷暴在時(shí)間上的分布較為集中，且所得數(shù)據(jù)均為月份統(tǒng)計(jì)。雷暴從次數(shù)上并無分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。在研究和田地區(qū)的雷暴日的分布特征時(shí)，需要計(jì)算出其月百分比、年百分比，再進(jìn)行氣候傾向率的計(jì)算，即可完成對(duì)和田地區(qū)的雷暴從時(shí)間角度上的變化研究[3]。

3.1 和田地區(qū)月雷暴日隨時(shí)間變化

與本研究和田地區(qū)月降水分布原理相同，只需計(jì)算出雷暴日的月百分比即可。

第一，1、2、3、6、8、9、10、11、12月，和田地區(qū)的月雷暴日數(shù)隨時(shí)間變化不明顯，未通過顯著性檢驗(yàn)。第二，4月通過0.05顯著性檢驗(yàn)的縣為和田、墨玉，傾向率分別為4.35%/10年、4.43%/10年；通過0.01顯著性檢驗(yàn)的縣為皮山，傾向率為4.89%/10年，均為正值，表明月雷暴日數(shù)隨時(shí)間增加。第三，5月通過0.01顯著性檢驗(yàn)的縣為民豐、皮山、策勒、于田，傾向率分別為1.53%/10年、1.06%/10年、2.08%/10年、1.51%/10年，均為正值，表明月雷暴日數(shù)隨時(shí)間增加。第四，7月僅有于田沒通過顯著性檢驗(yàn)。其中通過0.05顯著性檢驗(yàn)的縣為和田，傾向率為-2.82%/10年，通過0.01顯著性檢驗(yàn)的縣為洛浦-2.47%/10年、民豐-1.25%/10年、皮山-1.61%/10年、策勒-1.92%/10年、墨玉-3.69%/10年。均為負(fù)值，表明月雷暴日數(shù)隨時(shí)間減少。

因和田地區(qū)的雷暴主要集中在6—8月，所以在7月為負(fù)值的傾向率引導(dǎo)了整個(gè)和田地區(qū)的雷暴日數(shù)變化，而其他月份的雷暴日數(shù)變化則對(duì)總體變化影響不大[4]。

3.2 和田地區(qū)年雷暴日隨時(shí)間變化

與和田地區(qū)的年降水方法一致，具體分析結(jié)果見表1：

表1為和田地區(qū)的年雷暴日隨時(shí)間變化顯著性檢驗(yàn)及氣候傾向率表，可以看出，通過0.05顯著性檢驗(yàn)的縣為和田、策勒，傾向率分別為-0.21%/10年、-0.30%/10年；通過0.01顯著性檢驗(yàn)的縣為皮山、于田，傾向率分別為-0.29%/10年、-0.38%/10年。通過顯著性檢驗(yàn)的傾向率均為負(fù)值說明年雷暴日數(shù)隨時(shí)間的推移而逐漸減少，分別減少為和田市每10年減少0.21%的雷暴日數(shù)、皮山每10年減少0.29%的雷暴日數(shù)、策勒每10年減少0.30%的雷暴日數(shù)、于田每10年減少0.38%的雷暴日數(shù)[5]。

4 結(jié)論

利用和田地區(qū)7個(gè)站點(diǎn)的逐日降水資料、逐月雷暴日次數(shù)資料，在分別計(jì)算出其日數(shù)百分比之后，為了得到月時(shí)間分布變化特征，采用了氣候傾向率的方法，可以直觀得出氣象要素的變化趨勢(shì)，用此方法分析了和田地區(qū)的降水和雷暴日的分布規(guī)律，得出結(jié)論。

第一，和田地區(qū)7個(gè)縣(市)的年降水日數(shù)百分比所得的傾向率均為正數(shù)，表明了近60年來和田地區(qū)的降水日數(shù)在逐漸增加。而和田地區(qū)的年雷暴日數(shù)百分比所得的傾向率均為負(fù)值，代表均呈現(xiàn)減少的趨勢(shì)。在通過顯著性檢驗(yàn)的情況下，可以確定和田地區(qū)的降水日數(shù)在逐漸增加，雷暴日數(shù)逐漸減少。

第二，和田地區(qū)的年降水日數(shù)隨時(shí)間推移而增加并通過了0.05或0.01顯著性檢驗(yàn)的縣(市)為和田、洛浦、民豐、皮山、墨玉、于田6個(gè)站點(diǎn)。

第三，和田地區(qū)的年雷暴日數(shù)百分比隨時(shí)間推移而減少并通過了0.05或0.01顯著性檢驗(yàn)的縣(市)為和田、皮山、策勒、于田。