含山縣雷暴時(shí)空分布規(guī)律分析

奚立信++胡敬喜++洪高衛(wèi)++王鵬

摘要 利用1960—2010年含山縣逐日雷暴資料，統(tǒng)計(jì)出歷年雷暴日數(shù)并建立時(shí)間序列，夏季雷暴最多，尤其7—8月達(dá)到高峰，占全年56%；16：00—17：00最易出現(xiàn)雷電活動(dòng)；雷暴活動(dòng)頻繁，初日早，終日晚，雷暴期長(zhǎng)。通過(guò)趨勢(shì)分析、0.01顯著性檢驗(yàn)、M-K突變檢驗(yàn)等方法進(jìn)行分析，結(jié)果表明：含山縣雷電日數(shù)存在顯著減少趨勢(shì)，為-3.3 d/10年；雷電日數(shù)在1974年開(kāi)始發(fā)生突變。利用近4年（2006—2009年）安徽省閃電點(diǎn)定位資料（LD-Ⅱ型雷電探測(cè)系統(tǒng)），對(duì)含山縣雷電空間分布規(guī)律進(jìn)行分析，制作雷閃密度圖、雷電流強(qiáng)度圖；含山縣雷閃密度高值區(qū)在清溪鎮(zhèn)到環(huán)峰鎮(zhèn)，呈西南至東北走向。雷電流強(qiáng)度高值區(qū)出現(xiàn)在仙蹤鎮(zhèn)、昭關(guān)鎮(zhèn)及銅閘鎮(zhèn)；雷閃密度分布與雷電流強(qiáng)度分布相反。

關(guān)鍵詞 雷暴；時(shí)空分布；線性趨勢(shì)；突變檢驗(yàn)；安徽含山

中圖分類(lèi)號(hào) P446 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-5739（2016）24-0230-03

含山縣地處長(zhǎng)江下游北岸，位于巢湖之濱，地形地貌起伏較大，地勢(shì)西北高、東南低，中北部主要是丘陵、山崗，南部為長(zhǎng)江沖積平原。由于其獨(dú)特的地理環(huán)境和地形特點(diǎn)，氣象災(zāi)害特別是雷電災(zāi)害嚴(yán)重。全縣每年發(fā)生數(shù)十起雷電傷亡和財(cái)產(chǎn)損毀事故，經(jīng)濟(jì)損失達(dá)數(shù)十萬(wàn)元。因此，開(kāi)展含山縣雷暴的時(shí)空分布規(guī)律的研究，對(duì)于做好全縣的防雷減災(zāi)、雷電監(jiān)測(cè)、預(yù)警、氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等具有重要意義。

1 資料與方法

1.1 資料選取

選用1960—2010年含山縣氣象觀測(cè)雷暴資料及2006—2009年安徽省LD-Ⅱ型閃電定位資料，作為統(tǒng)計(jì)分析對(duì)象。

1.2 分析方法

采用Excel、Surfer、ArcGIS軟件，對(duì)1960—2010年含山縣氣象觀測(cè)逐日雷暴資料及2006—2009年安徽省LD-Ⅱ型閃電定位資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。對(duì)1960—2010年含山縣雷暴日數(shù)進(jìn)行線性趨勢(shì)分析，并作Mann-Kendall檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 時(shí)間分布規(guī)律

2.1.1 雷暴的年際分布規(guī)律。含山縣年均雷暴日為32.2 d，最多年份達(dá)60 d（1963年），最少年份為17 d（1999年）。雷暴的年際變化總體呈波浪式下降，且年際變化差異較大：1960—1999年雷暴日數(shù)有比較明顯的下降趨勢(shì)，2000—2005年雷電日數(shù)呈平滑上升趨勢(shì)，2006—2010年趨于正常（圖1）。

2.1.2 雷暴的季節(jié)分布規(guī)律。雷暴主要發(fā)生在春、夏2季，約占全年雷電的91%，其中春季（3—5月）占全年雷電日數(shù)的22%。夏季（6—8月）為雷電高發(fā)期，占全年雷電的69%。秋季（9—11月）占全年雷電的9%。冬季（12月至次年2月）不足0.5%（圖2）。

2.1.3 雷暴的月分布規(guī)律。含山縣全年各月均有雷暴發(fā)生，雷暴集中出現(xiàn)在3—9月，在1—2月和12月出現(xiàn)較少。從3月開(kāi)始活躍，7—8月為高峰期，占56%。其中，7月為最多，達(dá)30%；8月次之，占26%；9月開(kāi)始銳減至7%。其主要原因是：12月至次年2月含山縣上空基本上為一致的西北氣流，地面為北—東北風(fēng)，氣候干燥，很少發(fā)生雷電天氣。當(dāng)高空槽和地面氣旋誘導(dǎo)的強(qiáng)冷空氣急速南下，遇暖濕氣流，產(chǎn)生雷電。3—5月南支槽比較活躍，槽前西南氣流把南方的暖濕空氣不斷輸送到江淮地區(qū)，冷暖空氣在含山縣上空交匯，雷電活動(dòng)日趨活躍；6—8月西太平洋副熱帶高壓增強(qiáng)西伸，6—7月為江淮的梅雨季節(jié)，含山縣處在副高邊緣，冷暖空氣頻繁交匯引發(fā)大量雷電。出梅后，在副熱帶高壓控制下，溫度高，濕度大，又處于巢湖東側(cè)，水汽充沛，午后到夜間極易產(chǎn)生局地強(qiáng)對(duì)流天氣；7—8月，由于受副熱帶高壓短期變化的影響，對(duì)流活動(dòng)最為活躍，所以是雷電活動(dòng)的高峰期；9月為過(guò)渡季節(jié)，10—12月雷暴較少出現(xiàn)（圖3）。

2.1.4 雷暴的日分布規(guī)律。含山縣雷電呈現(xiàn)出明顯的日變化，在每個(gè)時(shí)段都有可能出現(xiàn)。8：00—12：00出現(xiàn)的較少，12：00后雷電出現(xiàn)的日數(shù)明顯增加，在16：00—17：00達(dá)到最大值，出現(xiàn)雷電的概率為26%，這與午后太陽(yáng)輻射強(qiáng)烈，地面溫度最高，地面長(zhǎng)波輻射增強(qiáng)并加熱空氣，使氣團(tuán)易對(duì)流上升有關(guān)（圖4）。

雷暴日變化在不同季節(jié)也有差異，春季各月夜間多于白天，12：00前后出現(xiàn)最少。夏季各月雷電日變化趨勢(shì)與全年平均一致，而下午的高峰期更為突出。

2.1.5 雷暴的初日、終日、雷暴期。含山縣雷暴最早出現(xiàn)在1月5日（2000年），歷年平均初雷日為3月8日；最晚出現(xiàn)在12月31日（1996年），歷年平均終雷日為9月24日；雷暴期最長(zhǎng)275 d（1996年），最短122 d（2001年），雷暴期最長(zhǎng)與最短相差1倍以上；歷年平均雷暴期203 d。由此可見(jiàn)，含山縣雷暴活動(dòng)頻繁，初日早，終日晚，雷暴期長(zhǎng)。

2.2 雷暴的空間分布規(guī)律

2.2.1 雷暴的移動(dòng)方向。從含山縣雷暴的初始和終止方向統(tǒng)計(jì)表（表1）中可看出，雷暴的初始方向以SW、W方向?yàn)樽疃?，以E和天頂為最少（圖5）。終止方向以SW、S、SE方向?yàn)樽疃啵訬E和天頂為最少（圖6）。

2.2.2 雷閃密度空間分布規(guī)律。含山縣境內(nèi)雷閃密度為中間高[1]，南北較低，高值區(qū)在清溪到環(huán)峰鎮(zhèn)，呈西南至東北走向，是雷閃密度最大區(qū)域；雷閃密度次大區(qū)域在蒼山、太湖山一線及昭關(guān)山一帶，主要與地形地貌有關(guān)，基本與山脈走向一致（圖7）。有2個(gè)低值區(qū)：一個(gè)在在仙蹤至昭關(guān)一線；另一個(gè)在運(yùn)漕到銅閘一線。

2.2.3 雷閃強(qiáng)度的空間分布規(guī)律。含山縣雷閃強(qiáng)度有3個(gè)高值區(qū)和2個(gè)低值區(qū)（圖8）。最大區(qū)出現(xiàn)在仙蹤鎮(zhèn)、昭關(guān)鎮(zhèn)及銅閘鎮(zhèn)；最低值出現(xiàn)在運(yùn)漕鎮(zhèn)、環(huán)峰鎮(zhèn)。雷閃強(qiáng)度與雷閃密度分布相反[2]。

2.3 線性趨勢(shì)分析

由線性方程y=a+bx，利用最小二乘法求得回歸系數(shù)b=（∑xy-nxy）/（∑x2-nx2），a=y-bx，同時(shí)得到趨勢(shì)方程為：y=685.666 31-0.329 22x，線性傾向率為-3.3 d/10年，得出含山縣1961—2010年雷暴日數(shù)呈減少趨勢(shì)[3]，每10年減少3.3 d（圖9）。

2.4 Mann-Kendall檢驗(yàn)

2.4.1 Mann-Kendall趨勢(shì)檢驗(yàn)。計(jì)算公式如下：

Z=（S-1）/■，S>00，S=0（S+1）/■，S<0

在雙邊趨勢(shì)檢驗(yàn)中，對(duì)于給定的置信水平α，若|Z |≥Z1-a/2，則原假設(shè)H0是不可接受的，即在置信水平α上，時(shí)間序列數(shù)據(jù)存在明顯的上升或下降趨勢(shì)[4-6]。Z為正值表示增加趨勢(shì)，負(fù)值表示減少趨勢(shì)。|Z |≥1.28、≥1.64、≥2.32時(shí)表示分別通過(guò)了信度90%、95%、99%的顯著性檢驗(yàn)。S=349-830=-481，由n=50，得Var（S）=n×（n-1）×（2n+5）/18=14 291.67。由公式Z=（S+1）/■，S<0，得Z= -4.02<0，可知含山縣雷電呈下降趨勢(shì)，且|Z|>2.32，通過(guò)了99%顯著性檢驗(yàn)。

2.4.2 非參數(shù)Mann-Kendall法突變檢驗(yàn)。計(jì)算公式如下：

Sk=■ri（k=2，3，…，n）；ri=1，xi>xj0，xi≤xj（j=1，2，…，n）

在時(shí)間序列隨機(jī)獨(dú)立的假定下，Sk的均值和方差分別為：

E[Sk]=k（k-1）/4，Var[Sk]=k（k-1）（2k+5）/72，1≤k≤n，得標(biāo)準(zhǔn)化的UFk=■，其中UF1=0。給定顯著性水平α，若|UFk|>Uα，則表明序列存在明顯的趨勢(shì)變化。所有UFk可組成一條曲線。將此方法引用到反序列，則反序列UBk= -UFk，i′=n+1-i，其中UB1=0。從UF和UB曲線交點(diǎn)的位置確定，含山縣雷暴日數(shù)在1970年代的減少是一種突變現(xiàn)象，具體開(kāi)始時(shí)間在1974年發(fā)生突變（圖10）。

3 結(jié)論

（1）含山縣年均雷暴日為32.2 d，屬多雷地區(qū)。雷暴年變化呈下降趨勢(shì)，每10年約減少3.3 d，并通過(guò)0.01顯著性檢驗(yàn)。

（2）含山縣雷電主要發(fā)生在夏季和春季，約占全年雷電的91%左右，其中夏季（6—8月）為雷電高發(fā)期，占全年雷電的69%；春季（3—5月）占22%，秋季（9—11月）占9%，冬季（12月至次年2月）不足0.5%。雷電主要發(fā)生在7—8月，4—6月、9月次之。雷電最早出現(xiàn)在2000年1月5日，最晚出現(xiàn)在1996年12月31日。雷電的日變化規(guī)律十分明顯，主要發(fā)生在午后，在16：00—17：00出現(xiàn)頻率最高。含山縣雷暴初日早、終日晚，雷暴期長(zhǎng)。雷電開(kāi)始和終止方向均以西南方向?yàn)橹?，這與含山縣瀕臨巢湖，處在巢湖偏東方向，巢湖為含山縣區(qū)域的雷電提供了水汽、熱動(dòng)力條件有關(guān)。

（3）含山縣域內(nèi)雷閃密度和雷閃強(qiáng)度空間分布不均。雷閃密度為中間高、南北較低，雷閃密度最大區(qū)域在清溪鎮(zhèn)到環(huán)峰鎮(zhèn)一帶，呈西南至東北走向；雷閃密度次大區(qū)域在蒼山、太湖山一線及昭關(guān)山一帶，基本與山脈走向一致，主要與地形地貌影響有關(guān)。有2個(gè)低值區(qū)，一個(gè)在仙蹤至昭關(guān)一線；另一個(gè)在運(yùn)漕到銅閘一線。

含山縣雷閃強(qiáng)度有3個(gè)高值區(qū)和2個(gè)低值區(qū)。最大區(qū)域出現(xiàn)在仙蹤鎮(zhèn)、昭關(guān)鎮(zhèn)及銅閘鎮(zhèn)；最低值出現(xiàn)在運(yùn)漕鎮(zhèn)、環(huán)峰鎮(zhèn)。雷閃密度與雷閃強(qiáng)度分布相反。

（4）通過(guò)Mann-Kendall趨勢(shì)檢驗(yàn)，含山縣雷電呈減少趨勢(shì)，|Z|>2.32，通過(guò)了99%顯著性檢驗(yàn)。在突變分析中，含山縣雷暴在1974年開(kāi)始發(fā)生突變。

4 參考文獻(xiàn)

[1] 楊春明，唐志勇，周俊，等.安徽馬鞍山地區(qū)閃電時(shí)空分布特征[J].沙漠與綠洲氣象，2014，8（1）：23-27.

[2] 李家啟，申雙和，夏佰成，等.基于ADTD系統(tǒng)的閃電頻次分布特征分析[J].熱帶氣象學(xué)報(bào)，2011，27（5）：710-716.

[3] 程向陽(yáng)，謝伍三，劉巖，等.安徽近50年雷電的時(shí)空變化特征及影響因素[J].長(zhǎng)江流域資源與環(huán)境，2012（1）：117-121.

[4] 霍廣勇，江遠(yuǎn)安，史紅政，等.1961—2010年新疆雷暴時(shí)空分布及其變化特征[J].冰川凍土，2013（5）：1156-1164.

[5] 王錫中，葉玉珍，鐘穎穎，等.江蘇省城市雷暴日分布特征[J].氣象科學(xué)，2011（1）：93-99.

[6] 王學(xué)良，余田野，朱傳林，等.我國(guó)中部五省雷暴日時(shí)空分布特征[J].熱帶地理，2013（1）：13-20.