1958—2013年河北雷暴日數的時空分布特征分析

摘 要：應用河北地區142個站1958—2013年雷暴日數的數據，結合趨勢分析、小波分析、EOF方法，分析了河北地區年雷暴日數的時空分布特征，得到以下結論：（1）河北地區年雷暴日數呈下降趨勢，1997年以后下降趨勢顯著；雷暴日經歷較多、中等、較少3個階段，雷暴較多階段的雷暴日數顯著多于平均值，年雷暴日數存在28年、3年2個顯著變化周期。（2）河北雷暴日數呈現北多南少的態勢，河北地區雷暴日數的時空分布呈現整體的一致性，還存在南北反位相結構。

關鍵詞：河北地區；年雷暴日數；時間空間變化；氣候變化；雷電防護

中圖分類號：P427.3 文獻標志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）02–0-04

雷暴是一種常見的自然現象，主要發生在熱帶和溫帶地區，是強對流天氣發生的主體，雷暴常伴隨雷擊、閃電、雷暴大風、冰雹、短時強降水等天氣，具有較強的致災性。我國空間廣闊，不同的地區雷暴具有不同的特征，南方地區年平均雷暴日數多于北方地區，且呈現出明顯的緯向帶狀分布，夏季是雷暴天氣的高發期，而冬季則較少發生雷暴天氣[1-2]。我國年平均雷暴日數超過40 d的區域主要分布于長江以南地區、四川西部和西藏中部，不同地區雷暴日數的季節變化規律存在差異[3]。我國雷暴日數呈現出明顯的下降趨勢，尤其是在工業化和城市化進程較快的地區。這一趨勢可能與全球氣候變化和城市化進程中熱島效應等因素有關[4-6]。

在全球氣候變暖的背景下，河北地區的極端天氣事件也呈現出增加的趨勢，其中雷電活動的影響尤為顯著。因此，對河北地區雷暴日數的時空變化的研究具有重要的現實意義和科學價值。

1 資料與方法

選取1958—2013年河北142個觀測站年雷暴日數的數據，根據氣象觀測規范定義，只要一天中觀測到或聞雷，無論其持續時間長短，均定義為一個雷暴日，年雷暴日數為一年內雷暴日數的總和。應用線性回歸、小波分析、EOF分析方法對河北地區的年雷暴日進行分析。

2 河北雷暴日數的時間特征

2.1 雷暴日數的年變化特征

1958—2013年河北省年雷暴日數變化曲線如圖1所示。1958—2013年河北地區年均雷暴日數為31.0 d，

根據中華人民共和國國家標準《建筑物電子信息系統防雷技術規范》（GB 50343—2012），年平均雷暴日數大于25 d，不超過40 d，屬于中雷區。河北地區年雷暴日數年際差異顯著，最大值為49.7 d，出現在1959年；最小值僅為20.4 d，出現在1981年。1958—2013年河北省逐年雷暴日數呈顯著的減少趨勢，變化速率為-1.8 d/10年，回歸方程通過0.01顯著性檢驗。

2.2 年雷暴日數的階段性特征

1958—2013年，河北地區年雷暴日數呈現波動下降特征，大體可以分為3個階段。1958—1967年雷暴日數相對較多，是河北雷暴多發時期，該時段年雷暴日數的均值為36.3 d，80%的年份年雷暴日數在均值（31.0 d）以上。1968—1996年是河北雷暴平穩時期，持續時間較長，該時段年雷暴日數均值為31.8 d，大部分年份雷暴日數接近均值。1997—2013年是河北雷暴少發時期，該時段年雷暴日數均值為26.6 d，93.4%年份雷暴日數低于均值。對比3個階段雷暴日數標準差可知，1958—1967年標準差最大，為5.8 d；1997—2013年標準差最小，為2.8 d，表明第一個階段雷暴日數波動較為劇烈，1997年后雷暴日數波動較為平緩，這一特征在極差上也有所反映（表1）。

2.3 年雷暴日數的周期特征

為分析河北年雷暴日數的周期特征，采用小波分析的方式進行處理，結果表明（圖2），在短周期上，河北年雷暴日數存在顯著的3年變化周期，這一周期在1958—1996年和2006—2013年2個時段內特征顯著。在10年左右也存在周期變化，1958—1988年比較顯著，經歷了6個正—負周期；最顯著的周期出現在28年左右，在整個時間段上特征均較為顯著，經歷了2個正—負完整周期，2013年為正周期開始階段。小波方差圖上有3個明顯的峰值，分別對應3、10、28年3個周期，其中28年方差最大，最顯著，其次是3年。

3 河北雷暴日數的空間特征

3.1 河北年雷暴日數的空間分布特征

對1958—2013年河北142個站點年雷暴日數進行平均，得到其空間分布特征。整體而言，河北地區年雷暴日數呈現北多南少的態勢，河北北部的承德、秦皇島、唐山、張家口4個城市年雷暴日數在40 d以上，為高雷區，最大雷暴日數分布于張家口市和承德市中部，年均雷暴日數超過42 d；河北南部的石家莊、邢臺、衡水3個城市年雷暴日數為26～28 d，為多雷區的下限，而邯鄲市年雷暴日數少于25 d，為低雷區（圖3）。

3.2 年雷暴日數極值的年空間分布特征

選取年雷暴日數最多年份和最少年份，分析年雷暴日數的空間分布特征。雷暴日數最多的為1959年（圖4a），河北全省雷暴日數均在45 d以上，全區為高雷區，承德、保定、邯鄲等市均有超過56 d的雷暴中心，這與多年平均差異顯著。雷暴日數最少的1981年（圖4b），河北地區雷暴日數呈現北多南少的態勢，河北北部的張家口、承德2個城市年雷暴日數超過30 d，河北其他城市均在30 d以下，河北東南部的邯鄲、邢臺、滄州、衡水年雷暴日數少于18 d，屬于弱雷區。

3.3 年雷暴日數的主要模態特征

采用EOF分析方法對河北1958—2013年雷暴日數進行分析，前3個模態方差貢獻率分別是61.8%、13.2%、4.2%，前2個模態累積貢獻率達到了75%，能夠體現河北地區雷暴日的整體特征，選取前2個模態進行分析。EOF第一模態為全區一致型，河北全區表現為負值，其對應的時間序列上，1958—1994年期間絕大多數年份為負值，說明這一期間河北地區雷暴日數偏多；1995—2013年時間序列為正值，這一階段河北雷暴日數偏少，這一特征與以往的分析相對應。EOF第二模態為南北反位相，河北北部為正位相，河北南部為負位相，表現為河北地區南、北雷暴日數的“蹺蹺板”效應，對應的時間序列上，1958—1980年，河北省大部分地區時間為負值，表明這一階段河北北部雷暴日數偏少，河北南部雷暴日數偏多，1980—2013年時間序列為正值，這一期間河北北部雷暴日數偏多，南部偏少（圖5～圖6）。

4 結論

應用河北地區142個站1958—2013年雷暴日數據，結合趨勢分析、小波分析、EOF方法，分析了河北地區年雷暴日數的時空分布特征，得出以下結論。

（1）河北地區年雷暴日數呈下降趨勢，變化速率為-1.8 d/10年，不存在突變現象，1997年后下降趨勢顯著；其雷暴日數分為較多、中等、較少3個階段，雷暴較多階段雷暴日數顯著多于平均值，年雷暴日存在28、3年2個顯著變化周期。

（2）河北雷暴呈現北多南少的態勢，張家口市和承德市中部，年均雷暴日數超過42 d，石家莊、邢臺、衡水3個城市年均雷暴日數為26～28 d。在空間分布上，河北地區雷暴日呈現出整體的一致性，還存在南北反位相結構。

參考文獻

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[2] 陳小塵，魏慶，張偉.雷電活動的時空分布特征分析[J].電子技術，2022，51（6）：246-247.

[3] 曹彥超，韓晶，張秉政.甘肅慶陽近30年雷暴氣候特征分析[J].甘肅科學學報，2020，32（5）：50-55.

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