SPSS軟件在地閃密度空間分布規(guī)律研究中的應用

周麗雅 蒙文昌

摘 要：通過詳細闡述如何運用SPSS軟件對省級或國家級閃電定位系統(tǒng)監(jiān)測到的市縣級地區(qū)閃電數據進行經驗正交函數或旋轉經驗正交函數分析，從而深入掌握市縣區(qū)域內地閃頻次的空間分布規(guī)律的方法，并與利用Fortran程序進行計算得出的結果對比分析證明運用SPSS軟件對地閃頻次進行主成分分析的可靠性，為地市級雷電防護工作者對掌握本地區(qū)內地閃活動時空分布規(guī)律提供了一種簡單有效的方法。

關鍵詞：SPSS；經驗正交函數；地閃頻次；空間分布規(guī)律

中圖分類號：P732.5 文獻標識碼：A

近年來，為了有效地開展氣象災害防御工作以及不斷拓寬氣象服務領域的需求，各類重大建設項目的氣象災害可行性論證成為各地氣象災害防御工作的重點。其中，雷擊風險評估是氣象災害可行性論證的重要組成。

全面掌握市縣區(qū)域大氣雷電環(huán)境狀況是有效開展雷擊風險評估的基礎。各地工作者對本區(qū)域內大氣雷電環(huán)境的都進行了相應的研究，陸國俊等以廣州地區(qū)1999～2008年雷電定位數據為基礎，詳細研究了廣州地域地閃總數、地閃密度、雷電幅值、雷電幅值概率分布及雷電日等重要雷電參數。

1 SPSS軟件介紹

SPSS（Statistical Product and Service Solutions），“統(tǒng)計產品與服務解決方案”軟件。SPSS是世界上最早的統(tǒng)計分析軟件，與SAS和BMDP并稱為三大綜合性統(tǒng)計軟件，廣泛應用于自然科學、技術科學、社會科學的各個領域。SPSS 軟件可以實現包括多元分析中的回歸分析， 判別分析，相關分析，主成分分析，因子分析，聚類分析，譜分析，時間序列分析，因此可廣泛應用在氣象業(yè)務中。其最突出的特點就是操作界面極為友好，輸出結果易于理解。

2 應用實例

2.1 數據來源

從安徽省LD-Ⅱ型閃電定位系統(tǒng)的監(jiān)測數據中按照蚌埠地區(qū)經邊界經緯度范篩選出蚌埠地區(qū)的地閃資料，所取資料時間長度為2006年1月—2012年12月。包括了地閃發(fā)生日期、時間、經度、緯度、電流強度。

2.2 數據處理

經驗正交函數分析方法（empirical orthogonal function， 縮寫為EOF），也稱特征向量分析或者主成分分析，是一種分析矩陣數據中提取主要數據特征量的一種方法。

正因EOF的分析功能，進行EOF分解必須將某氣候向量場的觀測資料以矩陣形式給出，方可進行時間和空間上的分解。從省級或國家級閃電定位系統(tǒng)監(jiān)測數據中提取的市縣級地區(qū)閃電數據為隨即事件，即發(fā)生一次閃電，閃電頻次就增加一次，一次事件相對應一個閃電發(fā)生時的精度和緯度，不是站點資料。

2.3 數據導入

打開SPSS軟件，主界面如圖1所示，選擇文件/打開/數據，在打開數據對話框中選擇保存成EXCLE文件格式的矩陣數據工作表。

數據成功導入后，選擇分析/降維/因子分析，如圖2，進行主成分分析操作。

在彈出的因子分析對話框（如圖3）中，選中所有變量。點擊確定。如果做旋轉主成分分析選擇旋轉/繼續(xù)/確定即可。

2.4 輸出結果

軟件自動輸出分析結果，部分結果截屏如圖4所示，輸出結果表明：經驗正交函數分解后特征值大于1的共有13個特征向量場。前2個特征值為153.25和12.19，特征向量方差貢獻分別為68%，6%，余下的載荷向量的方差貢獻均小于5%，且前兩個特征向量的累計方差貢獻高達74%。

3 可靠性檢驗

為了對運用SPSS軟件運行出的結果進行檢驗，使用氣象專業(yè)人員使用最為廣泛的FORTRAN（Formula Translation）數值計算編程語言對蚌埠地區(qū)逐月閃電頻次矩陣數據進行編程運算，得到經驗正交函數分解后特征值大于1的也是13個特征向量場，且前2個特征值為特征向量方差貢獻分別為70%，8%，與用SPSS軟件輸出結果一致。因此，認為運用SPSS軟件對閃電定位系統(tǒng)監(jiān)測數據中提取的市縣級地區(qū)閃電數據進行EOF分析或REOF分析是可靠。

4 結論

1）SPSS 統(tǒng)計軟件用于對地閃頻次時空分布規(guī)律的研究是有益的嘗試，且計算結果經過與傳統(tǒng)高級語言程序的計算結果一致，檢驗證明該方法是有效的。

2）使用Excel做數據的預處理很方便， 且與SPSS數據格式可以通用， 兩者使用方法也非常近似。

3）SPSS軟件界面友好，操作簡易，能夠滿足基層雷電防護工作者對本區(qū)域內的閃電數據進行深入研究的需求。

參考文獻：

[1] 廖德海，杜娟，高武虎.做好雷擊風險評估的思考與建議[A].2010年第27屆中國氣象學會年會雷電防護科學與技術發(fā)展分會.

[2] 陸國俊，熊俊，陳家宏，等.廣州地域1999-2008年地閃密度圖及雷電參數分析.高電壓技術2009，35（12）.

[3] 王欣眉，宋琳，王新功，等.1971-2008年青島地區(qū)雷電時空分布特征[J].氣象與環(huán)境學報， 2011，27（4）：39- 43.

[4] 李南，魏鳴，姚葉青.安徽閃電與雷達資料的相關分析以及機理初探[J]，熱帶氣象學報，2006，22（30）：265-272.