石河子雷暴氣候特征及雷電防護分析

（石河子氣象局，石河子市，832000） 韓春光 蒲云錦

雷暴天氣是一種強對流天氣現象,其所產生的強大電流、熾熱高溫、猛烈的沖擊波等能帶來人員傷亡、建筑物損壞,對電力、航空、通信等設施造成巨大破壞,造成的災害是世界十大自然災害之一，許多學者對區域內雷暴氣候特征及雷災進行過統計分析[3-10]。近年來，隨著經濟社會的發展,全國各地高層建筑不斷增加，通信、計算機等集成性能高的微電子設備被廣泛應用。這些微電子設備對雷電產生的強大電磁脈沖非常敏感,很容易遭到破壞，造成通訊線路中斷，系統癱瘓等，造成巨大的直接或間接經濟損失。因此，有必要研究各地雷暴發生的規律，從而有針對性地做出防護，趨利避害，最大限度地避免雷暴給國家財產和人民生命安全帶來危害。

1 資料來源及統計方法

利用新疆石河子氣象局1954～2009年56年地面觀測月報表資料，采用數理統計、趨勢分析等方法，對石河子雷暴的年、月、日變化及持續時間等進行統計，分析出石河子雷暴天氣的氣候特征。

統計的雷暴日是以一天內耳聞雷聲（一次或幾次），只有閃電沒有雷聲不計其中，為一個雷暴日。年雷暴日數是一年內雷暴日數的總和，平均年雷暴日數是多年年雷暴日數的平均值。雷暴月是指發生過雷暴的月份，月雷暴日數是一個月內雷暴日數的總和，雷暴日日變化逐時發生頻次是指多年中同一時次出現雷暴的次數總和。

小波分析：一種時、頻多分辨率的分析方法，是一個時間和頻率的區域變換，因而能有效的從信號中提取信息，通過伸縮和平移等運算功能對函數或信號進行多尺度細化。由于母小波的種類較多，采用Morlet小波分析石河子年雷暴日數在不同時段上的主要變化振蕩周期。其形式為:

當c取較大值（文中取c=6.0）時,式(1)中第2項遠小于第1項,省略第2項。其子小波為:

設Ψa，b是式(2)給出的子小波，對于時間序列,其連續小波變換定義為:

式中為的復共軛復數,即為年雷暴日數的標準化序列,為小波(變換)系數，對式(3)進行數值積分便可求出。

2 雷暴天氣的氣候統計特征

2.1 雷暴的年際變化特征

石河子1954～2009年56年來平均年雷暴日數為14.5d，為少雷區。其中50年代年雷暴日數平均為19.7d，60年代為16.6d，70年代為15.5d，80年代為15.4d，90年代為10.6d，2000年后為10.2d。年雷暴日數最多的年份出現在1959年，為30d，年雷暴日數最少的年份出現在2006年，為4d。年雷暴最多日數與最少日數相差26d，56年來石河子年雷暴日數線性變化呈下降趨勢（見圖1），下降系數為0.1813。

圖1 石河子1954～2009年年雷暴日數變化特征

2.2 雷暴的月變化特征

56年來石河子各月累計雷暴日數最高值在7月（見圖2），占全年雷暴日數的34.6%，6月次之，8月、5月、9月、4月、10月依次遞減，其余月為無雷暴月。

圖2 石河子1954-2009年各月累計雷暴日數變化特征

2.3 雷暴日的日變化特征

圖3 石河子1954-2009年雷暴日日變化特征

對1956年石河子雷暴發生時次進行統計，繪制逐時雷暴發生次數變化曲線（圖3），11～13時雷暴發生的頻次逐步上升，雷暴發生峰值出現在14～17時，占總雷暴的50.3%，17時后逐步下降，23時有個小高峰，雷暴發生概率最小的時段為6～10時。石河子雷暴天氣發生概率最大的時段在午后，發生概率最小時段在深夜到早晨，這與我國大部分地區雷暴發生的時段基本一致。

2.4 初雷日與終雷日變化特征

1954～2009年石河子初雷日最早出現在2000年4月8日，初雷日出現在4月有18次，最晚出現初雷日的是1981年6月30日，平均初雷日為5月15日；終雷日最早出現在1966年8月6日，終雷日最晚出現在2002年10月19日，終雷日出現在10月有6次，平均終雷日為9月3日，多年平均雷暴持續期為113天。

2.5 雷暴的持續時間

1956年來石河子雷暴持續時間主要在10分鐘內（圖4），占雷暴總數的37.1%，15min內的雷暴占雷暴總數的17.9%，持續30min的雷暴占雷暴總數的22.5%，持續1h及以上時間的雷暴占雷暴總數的6%，數量較少。

圖4 石河子1954～2009年雷暴持續時間變化特征

2.6 雷暴的方位分析

通過對1956年來石河子雷暴方位統計，分析出石河子雷暴在各方位所占百分比（圖5），W方位雷暴出現的概率最高，為18.3%；其次是NW方位,為15.2%；SW和E方位是14.2%，S方位是10.2%,SE方位是10.1%,NE方位是6.4%，N和Z方位是5.7%，其他方位基本沒有雷暴。

圖5 石河子1954-2009年雷暴方位變化特征

2.7 雷暴的周期分析

使用Fortran90語言編制程序實現morlet小波函數的年雷暴日數周期分析，借助GRADS氣象分析繪圖軟件輸出圖形結果。小波系數的實部、模、位相是Morlet小波變換得到的最重要的變量，實部包含所給定時間和尺度信號相對于其它時間和尺度信號的強度和位相兩方面的信息，模的大小表示特征時間尺度信號的強弱,模值越大,表明其所對應的時段和尺度的周期性越明顯，位相可以用來探測信號突變點在時域中出現的具體位置。不同時間尺度下的小波系數，可以反映系統在該時間尺度下的變化特征：正的小波系數對應于偏多期，負的小波系數對應于偏少期，小波系數絕對值越大，表明該時間尺度變化越顯著。

圖5 石河子年雷暴日數Morlet小波周期分析

由圖5可知石河子雷暴日數在多個特征時間尺度上的周期變化特征及其在時間域中的分布情況。正值用實線表示，對應著雷暴日數增多時期，負值用虛線表示,對應著雷暴日數減少時期。從圖5中還可看出，年代際尺度由1954年開始的準18年周期增長到2009年的準24年，表現為三個雷暴日數增多期(1958～1966年、1979～1991年、2004～2009年)和三個雷暴日數減少(1954～1957年、1967～1978年、1992～2003年)期，準36年的年代際尺度貫穿始終，表現為二個雷暴日數增多期(1954～1961年、1981～1996年)和二個雷暴日數減少期(1962～1980年、1997～2009年),1975～1999年有準11年的年代際尺度周期變化，年際尺度表現為準4～6年的周期變化。

3 雷暴氣候特征的指導意義

石河子雖屬于少雷區，但多年來石河子發生大大小小的雷災事例足以證明雷災的危害，針對石河子雷暴的氣候變化特征，結合作者多年防雷減災的工作經驗，應積極做好以下幾點，以最大限度地減少和降低雷電對石河子人民造成的財產損失和人身傷害。

易燃易爆場所及雷擊概率高的建筑物（構筑物）最好在4月份前完成防雷設施檢測工作，發現問題后，可及時在5月份完成整改，在雷暴高峰期（5-8月）來到之前，充分做好防雷措施，減少因工程上的一些不必要延誤而使工程在雷暴高峰期造成雷災損害。對新（改、擴）建（構）筑物認真做好防雷設計審核、施工監督、竣工驗收一條龍跟蹤檢查（測），從源頭上杜絕災害隱患。雷暴日數集中期的5～8月份，防雷設施的施工應嚴格按照規程，即先接地體、再引下線、后接閃器，嚴禁脫節，以防意外發生。

雷暴季節的午后14～17時正是人們上班、外出辦事的高峰期，也是雷暴高發時段，如果遇到雷雨天氣，不要到大樹下或金屬房內避雨。在野外如果人是制高點，要下蹲降低高度，特別是加油(氣)站，遇到雷雨天氣應馬上停止加油(氣)和卸油(氣)操做。

大規模敏感電子設備的安裝、調試應盡量避開雷暴高峰期。室外防雷接閃器的安裝位置，盡可能安裝在保護場所出現雷暴方位較多的方向，石河子應優先考慮W和NW方位。

石河子盛產棉花，每年8月中下旬棉花加工廠開始對新棉進行收購和加工一直到入冬，石河子雷暴一般持續到l0月上旬，所以棉花加工廠的浸除車間、露天堆場、加工設備和廠房的防雷裝置必須要到位。

加強防雷科普宣傳，提高公眾雷電災害的防御意識和應對雷電災害的能力，增強防雷安全的自覺性和主動性，加強雷電防御知識教育，普及人身防雷知識，提醒公眾做好室內、外的人身雷電安全防護工作。

4 結論

石河子地區屬于雷暴少發區，1954年來石河子平均年雷暴日數為14.5d，年雷暴日數年際變化呈下降趨勢，下降系數為0.1813。

石河子各月累計雷暴日數最高值在7月，占全年雷暴日數的34.6%，石河子4月開始有雷暴天氣，10月后雷暴結束，11～3月沒有雷暴產生。

石河子雷暴日變化表現為：雷暴發生峰值出現在14～17時，占總雷暴的50.3%，雷暴發生概率最小的時段為6～10時。

石河子10分鐘內雷暴發生頻數最多，占雷暴總數的37.1%，持續15～30min的雷暴次之，持續一個小時及以上時間的雷暴較少。1954年來W方位雷暴出現的概率最高。

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