摘要 利用1971～2010年鐵嶺市4個(gè)氣象站地面觀測(cè)資料，采用線性趨勢(shì)法、滑動(dòng)t檢驗(yàn)和山本（Yamamoto）法，分析了鐵嶺市雷暴的氣候特征、突變情況及雷暴與溫度的關(guān)系。結(jié)果表明，鐵嶺市雷暴年變化大，40年雷暴日數(shù)呈減少趨勢(shì)，月分布為6～8月多、11月～次年2月少;滑動(dòng)t檢驗(yàn)法和山本（Yamamoto）法檢驗(yàn)顯示，雷暴沒(méi)有發(fā)生突變;月雷暴日與溫度正相關(guān)。

關(guān)鍵詞 雷暴;氣候特征;滑動(dòng)t檢驗(yàn);山本（Yamamoto）法;趨勢(shì)分析

中圖分類(lèi)號(hào) S161 "文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼

A "文章編號(hào) 0517-6611（2014）32-11443-03

雷暴是一種中小尺度對(duì)流天氣，局地性強(qiáng)，有時(shí)伴有局地暴雨、冰雹和大風(fēng)，是危害性很強(qiáng)的天氣現(xiàn)象[1]。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，雷暴給各行各業(yè)帶來(lái)的影響日趨明顯，它不僅可以瞬間擊毀建筑物、通信設(shè)施、供電系統(tǒng)、引發(fā)火災(zāi)，甚至造成人員傷亡。因此，深入研究雷暴的發(fā)生規(guī)律，對(duì)開(kāi)展雷電監(jiān)測(cè)、預(yù)報(bào)預(yù)警、雷電災(zāi)害防御具有十分重要的意義。

近年來(lái)，有許多氣象工作者對(duì)全國(guó)[2-4]、南方[5]、西北地區(qū)[6-7]雷暴的氣候特征、變化趨勢(shì)進(jìn)行了研究，如胡先鋒等利用1998～2004年全國(guó)雷電災(zāi)害資料對(duì)我國(guó)雷電災(zāi)害的時(shí)空特征及造成的損失進(jìn)行了分析，指出我國(guó)雷電災(zāi)害次數(shù)呈逐年波動(dòng)增長(zhǎng)趨勢(shì)，夏季是我國(guó)雷電災(zāi)害發(fā)生最多的季節(jié)，占全年雷電災(zāi)害的66%，雷電災(zāi)害的地理分布總體上為南多北少，雷電造成的人員傷亡事故和社會(huì)經(jīng)濟(jì)損失的分布具有明顯的區(qū)域性，電力和通信行業(yè)受雷災(zāi)的比例最大[8]。鐵嶺地處遼寧省北部，鐵嶺地區(qū)呈東高西低走勢(shì)，東部屬上白山余脈，西部為遼河平原，屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候，夏季炎熱，冬季寒冷，四季分明，每年都有雷電災(zāi)害發(fā)生，但地形不同的地區(qū)雷暴發(fā)生的日數(shù)存在很大差異。筆者利用1971～2010年鐵嶺市4個(gè)氣象地面觀測(cè)資料，采用線性趨勢(shì)、滑動(dòng)t檢驗(yàn)、山本（Yamamoto）法，對(duì)鐵嶺市雷暴的時(shí)空變化特征、突變情況及雷暴與溫度的關(guān)系進(jìn)行了分析。

1 資料與方法

1.1 資料選取 利用鐵嶺市4個(gè)氣象站（西豐縣、鐵嶺縣、昌圖縣、開(kāi)原市）地面觀測(cè)資料月報(bào)表中的雷暴日數(shù)資料，統(tǒng)計(jì)1971～2010年鐵嶺市雷暴。以全市一日內(nèi)（20：00～次日20：00）出現(xiàn)雷聲（1次或多次）為一個(gè)雷暴日。年雷暴日數(shù)是全年各月所有雷暴日數(shù)總和，年平均雷暴日數(shù)是指全市40年雷暴日數(shù)的平均值。

1.2 分析方法 采用了氣象應(yīng)用研究中常用的氣候趨勢(shì)法、滑動(dòng)t檢驗(yàn)和山本（Yamamoto）法，對(duì)鐵嶺市雷暴日的年、月及初終日進(jìn)行了分析?；瑒?dòng)t檢驗(yàn)和山本（Yamamoto）法檢驗(yàn)是利用DPS（Data Processing System）數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。滑動(dòng)t檢驗(yàn)是通過(guò)考察兩組樣本平均值的差異是否顯著來(lái)檢驗(yàn)突變。此方法是把一氣候序列中兩段子序列均值有無(wú)顯著差異看做來(lái)自2個(gè)總體均值有無(wú)顯著差異的問(wèn)題來(lái)檢驗(yàn)。如果兩段子序列的均值差異超過(guò)了一定的顯著性水平，可以認(rèn)為均值發(fā)生了質(zhì)變，有突變發(fā)生。根據(jù)梁鳳英對(duì)滑動(dòng)t檢驗(yàn)的分析說(shuō)明[9]，可以根據(jù)t統(tǒng)計(jì)量曲線上的點(diǎn)是否超過(guò)tα值來(lái)判斷序列是否出現(xiàn)過(guò)突變。山本（Yamamoto）法也是用檢驗(yàn)兩子序列均值的差異是否顯著來(lái)判別突變的。它比t檢驗(yàn)更簡(jiǎn)單明了。

2 結(jié)果與分析

2.1 雷暴的地域分布

各站1971～2010年雷暴日數(shù)資料顯示，鐵嶺地區(qū)雷暴日的分布具有明顯的地域性，雷暴日的分布東西差異較大，東多西少，西豐縣年雷暴日數(shù)為37.2 d，鐵嶺縣為31.1 d，昌圖和開(kāi)原分別為32.2和33.0 d，除西豐外，其他3站相差不明顯，這是由于西豐縣地處山區(qū)，它的多發(fā)區(qū)與地形有明顯關(guān)系，山區(qū)雷暴明顯多于平原地區(qū)，這是由于地形對(duì)氣流的抬升作用所致，特別是夏季，午后地面受日射加熱，在近地層形成不穩(wěn)定層結(jié)，容易產(chǎn)生對(duì)流。

2.2 雷暴日數(shù)的時(shí)間變化特征

2.2.1 雷暴日數(shù)的年代際變化。

從圖1可以看出，20世紀(jì)70年代是雷電相對(duì)頻發(fā)期，平均每年出現(xiàn)56.0個(gè)雷暴日，高于平均水平5.86%，21世紀(jì)以來(lái)平均每年出現(xiàn)49.3個(gè)雷暴日，低于平均水平6.81%，80年代、90年代平均每年分別出現(xiàn)53.4、52.9 d，與年平均水平接近。說(shuō)明鐵嶺市雷暴的發(fā)生70年代最為頻繁，而后呈逐年減少趨勢(shì)。

近40年鐵嶺全市年平均雷暴日數(shù)為52.9 d，雷暴日數(shù)年際差異較大，全市年雷暴日數(shù)最多為80 d，出現(xiàn)在2005年，最少為35 d，出現(xiàn)在2007年，最多年份是最少年份的2.3倍。1971～2010年雷暴日數(shù)氣候傾向率為-2.2 d/10a，即雷暴日數(shù)減少幅度為2.2 d/10a，這與張敏鋒等在研究我國(guó)雷暴天氣的氣候特征中指出近30年來(lái)我國(guó)大部分地區(qū)平均雷暴頻數(shù)在波動(dòng)中減少的趨勢(shì)[10]基本一致，也與遼寧省雷暴日數(shù)年變化趨勢(shì)總體呈逐漸下降趨勢(shì)[11]相同。通過(guò)5年滑動(dòng)平均變化曲線可以看出，鐵嶺雷暴日年變化曲線呈波動(dòng)狀，高值點(diǎn)在20世紀(jì)70年代末、80年代中期后期、90年代初期、2005年，20世紀(jì)70～90年代雷暴日以8年左右為一周期，進(jìn)入21世紀(jì)無(wú)明顯周期。

從各站雷暴日數(shù)的年際分布看，波動(dòng)幅度最大的是開(kāi)原市，最多年份比最少年份多37 d，昌圖縣相差最少，為28 d。

若取距平≥10為多雷暴年，距平≤-10為少雷暴年，統(tǒng)計(jì)40年來(lái)鐵嶺雷暴日數(shù)發(fā)現(xiàn)，多雷暴年為6年（1971、1980、1987、1991、1994、2005年），少雷暴年為5年（1995、1997、1999、2007、2010年），多雷暴年在各年代均有出現(xiàn)，但20世紀(jì)80年代和90年代分別有2年，而20世紀(jì)70年代和21世紀(jì)以來(lái)各有1年，少雷暴年主要出現(xiàn)在90年代以后，這與雷暴年變化趨勢(shì)基本一致。

2.2.2 雷暴日數(shù)的月變化特征。

由圖2可見(jiàn)，鐵嶺地區(qū)除1月無(wú)雷暴發(fā)生外，其他各月均有發(fā)生，其中6～8月出現(xiàn)雷暴日合計(jì)為1 447 d，年平均為36.2 d，占全年雷暴平均日數(shù)的68.4%，7月為雷暴的高發(fā)期，累計(jì)547 d，年平均為13.7 d，發(fā)生頻率為44.2%，其次是6和9月，分別出現(xiàn)516和384 d，單月最多雷暴日為26 d，出現(xiàn)在2005年6月，而2和12月出現(xiàn)雷暴的概率很小，每月僅有1 d;單站月最多雷暴日分別為鐵嶺15 d、昌圖16 d、開(kāi)原15 d、西豐20 d。

2.2.3 雷暴的初終日及雷暴的持續(xù)期分析。

由表1可知，

圖1 1971～2010年鐵嶺雷暴日數(shù)年代（a）和年際（b）變化

圖2 1971～2010年鐵嶺市各月年平均雷暴日數(shù)分布

1971～2010年鐵嶺市初雷日平均為4月13日，最早出現(xiàn)在2月13日（2007年昌圖和開(kāi)原），最晚出現(xiàn)在6月19日（2004

年開(kāi)原）;終

雷日全市平均為10月25日，最早出現(xiàn)在8月19日（1978年昌圖），最晚出現(xiàn)在12月9日（2004年開(kāi)原），初（終）雷日最早和最晚相差3～4個(gè)月。圖3顯示，初雷日有逐年提前的趨勢(shì)，而終雷日有逐年推遲的趨勢(shì)。與多年平均值相比，雷暴初日近10年偏早，20世紀(jì)80年代偏晚;雷暴終日20世紀(jì)70年代偏早，近10年偏晚。

將雷暴初日和終日之間的日數(shù)定義為雷暴持續(xù)期。鐵嶺市雷暴平均持續(xù)期為195.7 d，年持續(xù)期最長(zhǎng)為261 d（2007年），年持續(xù)期最短為105 d（2010年），就單站而言，開(kāi)原市最長(zhǎng)和最短持續(xù)期相差最多，為156 d，西豐縣相差最少，為98 d，鐵嶺縣和昌圖縣分別為122和143 d?？梢?jiàn)，不同地區(qū)雷暴持續(xù)期的年際差異較大。

表1 1971～2010年鐵嶺雷暴初日、終日和持續(xù)期

站名初雷日最早最晚平均

終雷日最早最晚平均

持續(xù)期∥d最長(zhǎng)最短平均

鐵嶺縣

1971-03-28

1997-03-282010-06-14

04-24

2001-08-24

1991-11-29

10-13

228（1978）

106（2010）

172.9

昌圖縣2007-02-132004-05-1504-211978-08-191991-11-2910-14261（2007）118（1978）177.2

開(kāi)原市2007-02-132004-06-1904-241983-09-142004-12-0910-16261（2007）105（2010）175.2

西豐縣1997-03-282010-05-2904-051982-09-071991-11-2910-16220（1991）122（2010）176.4

全市2007-02-132004-06-1904-131978-08-192004-12-0910-25261（2007）105（2010）195.7

圖3 1971～2010年鐵嶺市初雷日（a）和終雷日（b）變化

2.3 雷暴活動(dòng)與氣象要素的關(guān)系

由圖4可見(jiàn)，鐵嶺市雷暴日數(shù)的月變化與平均氣溫的月變化十分相似，4月份開(kāi)始?xì)鉁厣仙涌?，熱力不穩(wěn)定條件增強(qiáng)，雷暴日數(shù)逐漸增加，進(jìn)入7月水汽充沛，對(duì)流發(fā)展旺盛，雷暴最多，8月氣溫開(kāi)始下降，對(duì)流天氣減少，雷暴日數(shù)開(kāi)始回落，冬季氣溫低，基本無(wú)雷暴發(fā)生;雷暴日的月變化與平均氣溫的月變化呈正相關(guān)關(guān)系，雷暴的多發(fā)期出現(xiàn)在月平均氣溫>20 ℃的月份，月平均氣溫<0 ℃的月份雷暴發(fā)生日數(shù)僅占總?cè)諗?shù)的1.1%。表明下墊面的增溫幅度、熱對(duì)流的強(qiáng)弱是影響雷暴發(fā)生和分布的主要因素。

圖4 鐵嶺各月雷暴日數(shù)與平均氣溫的月變化

注：圖a中2條虛直線表示顯著水平α=0.01的臨界值U（U=±3.2）。圖b中虛直線為α=0.01顯著水平的臨界值。

圖5 1971～2010年鐵嶺雷暴日滑動(dòng)t統(tǒng)計(jì)量（a）和Yamamoto信噪比（b）曲線

2.4 雷暴日的突變檢驗(yàn)

采用滑動(dòng)t檢驗(yàn)對(duì)鐵嶺市1971～2010年雷暴日進(jìn)行突變檢驗(yàn)，這里樣本數(shù)為40，2個(gè)子序列長(zhǎng)度均為10，取0.01的顯著水平，給定t0.01=±3.2，將計(jì)算出來(lái)的t統(tǒng)計(jì)量序列繪制成滑動(dòng)t統(tǒng)計(jì)量曲線，從圖5a可以看出t統(tǒng)計(jì)量沒(méi)有超過(guò)0.01顯著水平，雷暴日沒(méi)有發(fā)生突變。

對(duì)于1971～2010年雷暴日變化序列，同樣取0.01的顯著水平，分析信噪比，圖5b顯示信噪比曲線沒(méi)有超過(guò)0.01顯著水平臨界值，說(shuō)明雷暴日沒(méi)有發(fā)生突變?；瑒?dòng)t檢驗(yàn)和山本（Yamamoto）法2種檢驗(yàn)方法結(jié)果一致，由此判定鐵嶺市1971～2010年雷暴日沒(méi)有發(fā)生突變。

3 結(jié)論與討論

（1）鐵嶺地區(qū)雷暴日的分布東西差異較大，東多西少，山區(qū)雷暴明顯多于平原地區(qū)，西豐縣年雷暴日最多為37.2 d，其他3站相差不明顯。

（2）1971～2010年鐵嶺平均雷暴日為52.9 d，最多為80 d，最少為35 d，雷暴日的年變化呈線性減少趨勢(shì)，平均減少趨勢(shì)為2.2 d/10a。

（3）6～8月是鐵嶺市雷暴多發(fā)期，占全年雷暴日數(shù)的68.4%，峰值出現(xiàn)在7月，11月～次年2月雷暴日最少，1月無(wú)雷暴發(fā)生。

（4）鐵嶺雷暴的初（終）日變化較大，初日最早為2月13日，最晚為6月19日;終日最早為8月19日，最晚出現(xiàn)在12月9日，最早、最晚相差3～4個(gè)月。初雷日有提前趨勢(shì)，終雷日有推遲趨勢(shì)。

（5）月雷暴日變化與溫度變化呈正相關(guān)，溫度高的月份雷暴日數(shù)多，溫度低的月份雷暴日數(shù)少。雷暴的多發(fā)期出現(xiàn)在月平均氣溫>20 ℃的月份，月平均氣溫<0 ℃的月份雷暴發(fā)生日數(shù)僅占總?cè)諗?shù)的1.1%。

（6）利用MannKendall和Yamamoto法進(jìn)行突變檢驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)鐵嶺雷暴日減少趨勢(shì)不顯著，沒(méi)有發(fā)生突變。