广东地区近53年雷暴活动特征分析

张春燕，周宝琴，问楠臻

(广州市气象局，广州　510000)



广东地区近53年雷暴活动特征分析

张春燕，周宝琴，问楠臻

(广州市气象局，广州510000)

摘要：利用广东省86个常规观测站近53 a(1960—2012年)雷暴逐日观测资料，使用数理统计、气候倾向率、滑动平均、M-K突变检验和Morlet小波分析等方法，分析了广东地区雷暴变化的基本气候特征，结果表明：广东地区年平均雷暴日为74.8 d，属于多雷区；近53 a广东省雷暴总体为减少趋势，1984年发生突变；雷暴的发生有明显的季节和月变化特征，雷暴日主要集中在5—8月，与广东省的汛期及台风季节相吻合；有2个多雷暴带，分别为清远及珠江三角洲一带和湛江、茂名一带；广东地区雷暴存在多尺度振荡，主周期为11 a左右，另外还存在3～5 a、18 a左右的变化周期。

关键词：雷暴；气候倾向率；M-K突变检验；Morlet小波分析

雷暴因其电流大、电压高，能量释放时间短，危害性极大。随着高层建筑的增多和各种通讯设备的广泛应用，雷灾损失越来越严重[1-4]。雷灾造成的损失仅次于暴雨洪涝和气象地质灾害。因此不少学者对各地雷暴活动的气候特征及成因进行了大量的研究。陈思蓉等[5]通过对我国雷暴的气候分布特征的研究，指出雷暴发生频繁的区域共有5个，分别是青藏高原东部、四川境内、云南中南部、新疆西部和华南两广地区；通过对我国南方62个气象观测站雷暴日数资料分析，徐桂玉等[6]指出我国南方雷暴近30年来变化的总体趋势是逐渐减少的。针对广东雷暴结构、特点，也些研究成果[7-9]，但研究区域范围较小，或侧重点不同，雷暴的气候特征分析方面研究虽多，但针对广东地区的雷暴长序列气候变化趋势方面的研究较少，本文利用广东省86个常规气象观测站1960—2012年53 a的雷暴逐日观测资料，分析雷暴的时空分布特征和周期变化特征，旨在全面了解广东地区雷暴的气候特征，以期为雷暴潜势预报和雷电预测及防雷减灾提供科学依据。

1资料与方法

采用广东地区86个常规气象观测站1960—2012年53 a的逐日雷暴观测资料，其中，部分存有缺测资料的站点的处理方法是采用多年平均值，并参考周围测站的雷暴分布情况进行插值。在资料统计时，观测站1 d中闻雷一次以上就计1个雷暴日。

利用数理统计、气候倾向率、滑动平均、Mann-Kendall(M-K)突变检验和Morlet小波分析(Wavelet Analysis)[10]等方法，分析广东地区雷暴变化的时空分布特征、气候变化趋势和周期性规律。

2雷暴的时间变化特征

2.1年际变化

广东53 a来共出现3 963个雷暴日，年平均雷暴日为74.8 d，属于多雷区。图1为广东地区雷暴线性变化趋势图。由图1可知，广东雷暴日数年际变化较大，雷暴出现最多的年份是1975年，为105.2 d；出现最少的年份是2003年和2011年，为55.4 d。年雷暴日最多年是最少年的1.9倍。从图1还可看出，从20世纪60年代开始到1983年是雷暴多发时期，平均雷暴日达83.7 d，除了1966、1976、1980和1981年外，雷暴的年际变化都在多年平均线以上波动，在70年代中(1975年)达到最高峰，然后逐年下降，在80年代初回升，并于1983年升到波峰，然后又逐年下降，基本在多年平均值下波动，到2003年到到最低值，之后虽稍有回升但基本低于年平均值。总体上，广东雷暴日呈减少趋势，平均气候倾向率为-4.842 d/10 a(通过α=0.01水平的显著性校验)，这与徐桂玉等[6]研究指出的我国南方雷暴近30年总体呈逐渐减少的变化趋势一致。此外，单站年雷暴日最多为138 d，于1975年出现在雷州站；单站年雷暴日最少为14 d，于1995年出现在汕头澄海站。

图1　1960—2012年广东雷暴年际变化图

为进一步了解该雷暴日的时间序列变化特征，一是对该序列做标准化处理；二是做5年滑动平均处理。由图2可看出，雷暴日的标准化值(直方图)，5年滑动平均值(曲线)有10年左右的年际变化特征。1960—2012年年雷暴日的均方差为11.4 d。若以雷暴日的标准化距平绝对值1作为标准，即对应雷暴日的距平百分率为15.2%来选取多、少雷暴年。广东多、少雷暴年选取结果列于表1。由表1可见，多雷暴年共有8 a，少雷暴年共有10 a，出现频率相当，但多雷暴年多出现在20世纪80年代中期以前，少雷暴年则刚好相反，全部出现在80年代中期之后。

图2　1960—2012年广东雷暴序列的标准化距平及5年滑动平均

对广东地区年雷暴日进行了M-K突变检验(图3)，从UF线值看出广东省近53 a间雷暴日呈减少趋势，与年际变化(图1)一致。根据UF和UB曲线相交位置来看，雷暴序列在1984年发生突变，说明广东年平均雷暴日在20世纪80年代中期开始明显减少。

表1　1960—2012年广东地区多、少雷暴年

图3　1960—2012年广东年雷暴日数M-K检验结果(直线为ɑ=0.05显著性水平临界值)

2.2季节和月变化

根据华南地区的气候特征，用3—5月代表春季，6—8月代表夏季，9—11月代表秋季，12月到次年2月代表冬季。

广东地区雷暴具有明显的季节和月变化特征，其中，夏季雷暴日最多，平均为40.5 d，约占全年雷暴日的54.44%；其次为春季，平均为21.3 d， 约占全年的28.63%； 秋季为11.3 d，约占全年的15.19%；冬季最少，为1.3 d，约占1.75%。

由广东累年各月平均雷暴日分布(图4)可见，一年12月中任何月份都有可能出现雷暴天气，但雷暴主要集中出现在5—8月，累计51.31 d，约占全年雷暴日的70%。峰值出现在8月，平均14.4 d，占全年的19.6%；其次是6月和7月，分别为13 d和13.2 d，占全年的17.7%和17.9%；1月、11月和12月最少，2月次之。雷暴集中期与广东省的汛期及台风季节相吻合，可见雷、雨、大风现象时常相伴发生。

图4　1960—2012年广东月平均雷暴日变化

从图4中还可以看出，雷暴日在1—8月逐月递增，8月达到峰值，9—12月逐月减少。其中，4月到5月增幅最大，增加了3.7 d；10月减幅最大，比9月减少了6.6 d。造成这种季节、月变化的主要原因是：3月气温开始上升，热力不稳定条件增强，对流性天气增多从而使得雷暴天气增多；前汛期(4—6月)，受副高、高空槽、低压槽和锋面等天气系统的影响，广东经历一个多雷雨时期；后汛期(7—9月)，广东经历另一个多雷雨时期，这个阶段出现的雷雨主要是由热带天气系统如副高、热带辐合线、台风等造成。

3雷暴空间分布特征

广东省处于中国大陆最南端，地处低纬，南临南海，地形多样，陆地、海洋、大气之间的作用强烈，受天气系统的影响，因强热力对流引起的雷电、暴雨频繁出现，是我国雷暴多发区域之一。图5为1960—2012年广东年平均雷暴日空间分布图。由图5可见，广东雷暴空间分布特征为北多南少、西多东少，粤西和粤西北平均雷暴日最多，粤中和粤北次之，粤东和粤东北最少。雷暴日最多为粤西地区，年平均雷暴日达86.87 d；其次为珠江三角洲地区，年平均雷暴日为76.26 d；粤北地区为73.19 d，粤东地区为55.3 d。主要有两个多雷暴带，分别为清远及珠江三角洲一带和湛江、茂名一带。这一结论与易燕明等[11]利用闪电定位资料分析的闪电分布情况较为一致。

图5　1960—2012年广东年均雷暴日空间分布(单位：d)

4雷暴日周期分析

Morlet小波变化实部表示了雷暴发生的时间尺度特征，可以了解到不同频率上的时间分布特征。通过分析广东省近53 a年雷暴日数的标准化距平时间序列(图6)，小波变化显示出雷暴日主要存在3～5 a、8～11 a及18 a左右的变化周期。首先，20世纪60年代到90年代末，雷暴序列在11 a时间尺度上正负闭合中心最为明显，表明广东在该时间段雷暴日的年际变化存在11 a左右周期震荡；从90年代末至今，8～11 a的周期较为明显；70年代中后期雷暴日存在18 a左右周期变化，振荡模态的周期较稳定。其次，在整个时间段内，存在着3～5 a的小周期振荡。华南后汛期降水主周期为3 a，另一明显的周期在11 a附近[12]，与雷暴活动的周期相吻合。

图6　1960—2012年广东省雷暴日标准化距平序列的小波系数实部部分

5结论与讨论

(1)广东53 a来共出现3 963个雷暴日，年平均雷暴日为74.8 d，属于多雷区。雷暴日年际变化较大，总体上呈减少趋势，与华南后汛期降水的变化趋势比较相似。年平均雷暴日序列在1984年发生突变，雷暴日在20世纪80年代中期开始明显减少。

(2)广东地区雷暴活动具有明显的季节和月变化特征，主要集中出现在春、夏两季，占全年的83.07%，5—8月为雷暴高发期，占全年的70%。

(3)广东省有两个多雷暴带，分别为清远及珠江三角洲一带和湛江、茂名一带。

(4)从小波分析结果看，广东雷暴存在多尺度振荡，主周期为11 a 左右，另外还有3～5 a、18 a左右的变化周期。

(5)虽然本文分析得出广东地区雷暴有减少的趋势，但雷电活动造成的灾害还与雷电的频数、雷电流强度以及国民经济的发达程度、城市化进程、防灾减灾措施等诸多因素有关。因此，防雷减灾工作仍然任重而道远。

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[11]易燕明，杨兆礼，万齐林.广州市闪电密度特征分析[J].资源科学，2006，28(1)：151-156.

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文章编号：1006-4354(2016)04-0027-05

收稿日期：2015-08-04

作者简介：张春燕(1983—)，女，汉，江苏淮安人，硕士，工程师，从事雷电监测与防御工作。

基金项目：广州市气象局科技项目(201420)；广东省气象局科学技术研究项目(2014B15)

中图分类号：P429

文献标识码：A

张春燕，周宝琴，问楠臻. 广东地区近53年雷暴活动特征分析[J].陕西气象，2016(4)：27-31.