含山縣雷暴時空分布規律分析

奚立信++胡敬喜++洪高衛++王鵬

摘要 利用1960—2010年含山縣逐日雷暴資料，統計出歷年雷暴日數并建立時間序列，夏季雷暴最多，尤其7—8月達到高峰，占全年56%；16：00—17：00最易出現雷電活動；雷暴活動頻繁，初日早，終日晚，雷暴期長。通過趨勢分析、0.01顯著性檢驗、M-K突變檢驗等方法進行分析，結果表明：含山縣雷電日數存在顯著減少趨勢，為-3.3 d/10年；雷電日數在1974年開始發生突變。利用近4年（2006—2009年）安徽省閃電點定位資料（LD-Ⅱ型雷電探測系統），對含山縣雷電空間分布規律進行分析，制作雷閃密度圖、雷電流強度圖；含山縣雷閃密度高值區在清溪鎮到環峰鎮，呈西南至東北走向。雷電流強度高值區出現在仙蹤鎮、昭關鎮及銅閘鎮；雷閃密度分布與雷電流強度分布相反。

關鍵詞 雷暴；時空分布；線性趨勢；突變檢驗；安徽含山

中圖分類號 P446 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2016）24-0230-03

含山縣地處長江下游北岸，位于巢湖之濱，地形地貌起伏較大，地勢西北高、東南低，中北部主要是丘陵、山崗，南部為長江沖積平原。由于其獨特的地理環境和地形特點，氣象災害特別是雷電災害嚴重。全縣每年發生數十起雷電傷亡和財產損毀事故，經濟損失達數十萬元。因此，開展含山縣雷暴的時空分布規律的研究，對于做好全縣的防雷減災、雷電監測、預警、氣象災害風險評估等具有重要意義。

1 資料與方法

1.1 資料選取

選用1960—2010年含山縣氣象觀測雷暴資料及2006—2009年安徽省LD-Ⅱ型閃電定位資料，作為統計分析對象。

1.2 分析方法

采用Excel、Surfer、ArcGIS軟件，對1960—2010年含山縣氣象觀測逐日雷暴資料及2006—2009年安徽省LD-Ⅱ型閃電定位資料進行統計分析。對1960—2010年含山縣雷暴日數進行線性趨勢分析，并作Mann-Kendall檢驗。

2 結果與分析

2.1 時間分布規律

2.1.1 雷暴的年際分布規律。含山縣年均雷暴日為32.2 d，最多年份達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年雷暴日數有比較明顯的下降趨勢，2000—2005年雷電日數呈平滑上升趨勢，2006—2010年趨于正常（圖1）。

2.1.2 雷暴的季節分布規律。雷暴主要發生在春、夏2季，約占全年雷電的91%，其中春季（3—5月）占全年雷電日數的22%。夏季（6—8月）為雷電高發期，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 雷暴的月分布規律。含山縣全年各月均有雷暴發生，雷暴集中出現在3—9月，在1—2月和12月出現較少。從3月開始活躍，7—8月為高峰期，占56%。其中，7月為最多，達30%；8月次之，占26%；9月開始銳減至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，氣候干燥，很少發生雷電天氣。當高空槽和地面氣旋誘導的強冷空氣急速南下，遇暖濕氣流，產生雷電。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，冷暖空氣在含山縣上空交匯，雷電活動日趨活躍；6—8月西太平洋副熱帶高壓增強西伸，6—7月為江淮的梅雨季節，含山縣處在副高邊緣，冷暖空氣頻繁交匯引發大量雷電。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，水汽充沛，午后到夜間極易產生局地強對流天氣；7—8月，由于受副熱帶高壓短期變化的影響，對流活動最為活躍，所以是雷電活動的高峰期；9月為過渡季節，10—12月雷暴較少出現（圖3）。

2.1.4 雷暴的日分布規律。含山縣雷電呈現出明顯的日變化，在每個時段都有可能出現。8：00—12：00出現的較少，12：00后雷電出現的日數明顯增加，在16：00—17：00達到最大值，出現雷電的概率為26%，這與午后太陽輻射強烈，地面溫度最高，地面長波輻射增強并加熱空氣，使氣團易對流上升有關（圖4）。

雷暴日變化在不同季節也有差異，春季各月夜間多于白天，12：00前后出現最少。夏季各月雷電日變化趨勢與全年平均一致，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在1月5日（2000年），歷年平均初雷日為3月8日；最晚出現在12月31日（1996年），歷年平均終雷日為9月24日；雷暴期最長275 d（1996年），最短122 d（2001年），雷暴期最長與最短相差1倍以上；歷年平均雷暴期203 d。由此可見，含山縣雷暴活動頻繁，初日早，終日晚，雷暴期長。

2.2 雷暴的空間分布規律

2.2.1 雷暴的移動方向。從含山縣雷暴的初始和終止方向統計表（表1）中可看出，雷暴的初始方向以SW、W方向為最多，以E和天頂為最少（圖5）。終止方向以SW、S、SE方向為最多，以NE和天頂為最少（圖6）。

2.2.2 雷閃密度空間分布規律。含山縣境內雷閃密度為中間高[1]，南北較低，高值區在清溪到環峰鎮，呈西南至東北走向，是雷閃密度最大區域；雷閃密度次大區域在蒼山、太湖山一線及昭關山一帶，主要與地形地貌有關，基本與山脈走向一致（圖7）。有2個低值區：一個在在仙蹤至昭關一線；另一個在運漕到銅閘一線。

2.2.3 雷閃強度的空間分布規律。含山縣雷閃強度有3個高值區和2個低值區（圖8）。最大區出現在仙蹤鎮、昭關鎮及銅閘鎮；最低值出現在運漕鎮、環峰鎮。雷閃強度與雷閃密度分布相反[2]。

2.3 線性趨勢分析

由線性方程y=a+bx，利用最小二乘法求得回歸系數b=（∑xy-nxy）/（∑x2-nx2），a=y-bx，同時得到趨勢方程為：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年雷暴日數呈減少趨勢[3]，每10年減少3.3 d（圖9）。

2.4 Mann-Kendall檢驗

2.4.1 Mann-Kendall趨勢檢驗。計算公式如下：

Z=（S-1）/■，S>00，S=0（S+1）/■，S<0

在雙邊趨勢檢驗中，對于給定的置信水平α，若|Z |≥Z1-a/2，則原假設H0是不可接受的，即在置信水平α上，時間序列數據存在明顯的上升或下降趨勢[4-6]。Z為正值表示增加趨勢，負值表示減少趨勢。|Z |≥1.28、≥1.64、≥2.32時表示分別通過了信度90%、95%、99%的顯著性檢驗。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，且|Z|>2.32，通過了99%顯著性檢驗。

2.4.2 非參數Mann-Kendall法突變檢驗。計算公式如下：

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

在時間序列隨機獨立的假定下，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，得標準化的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曲線交點的位置確定，含山縣雷暴日數在1970年代的減少是一種突變現象，具體開始時間在1974年發生突變（圖10）。

3 結論

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

（2）含山縣雷電主要發生在夏季和春季，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%。雷電主要發生在7—8月，4—6月、9月次之。雷電最早出現在2000年1月5日，最晚出現在1996年12月31日。雷電的日變化規律十分明顯，主要發生在午后，在16：00—17：00出現頻率最高。含山縣雷暴初日早、終日晚，雷暴期長。雷電開始和終止方向均以西南方向為主，這與含山縣瀕臨巢湖，處在巢湖偏東方向，巢湖為含山縣區域的雷電提供了水汽、熱動力條件有關。

（3）含山縣域內雷閃密度和雷閃強度空間分布不均。雷閃密度為中間高、南北較低，雷閃密度最大區域在清溪鎮到環峰鎮一帶，呈西南至東北走向；雷閃密度次大區域在蒼山、太湖山一線及昭關山一帶，基本與山脈走向一致，主要與地形地貌影響有關。有2個低值區，一個在仙蹤至昭關一線；另一個在運漕到銅閘一線。

含山縣雷閃強度有3個高值區和2個低值區。最大區域出現在仙蹤鎮、昭關鎮及銅閘鎮；最低值出現在運漕鎮、環峰鎮。雷閃密度與雷閃強度分布相反。

（4）通過Mann-Kendall趨勢檢驗，含山縣雷電呈減少趨勢，|Z|>2.32，通過了99%顯著性檢驗。在突變分析中，含山縣雷暴在1974年開始發生突變。

4 參考文獻

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