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        和田地區(qū)雷暴的分布特征分析

        2023-04-15 10:31:40金海東張靖澤
        農(nóng)業(yè)災(zāi)害研究 2023年11期

        李 靜,金海東,張靖澤

        1.和田地區(qū)氣象局,新疆和田 848000;2.天津市薊州區(qū)氣象局,天津 301900;3.成都信息工程大學(xué),四川成都 610225

        和田地區(qū)屬于干旱荒漠性氣候,年降水量稀少,年平均降水量41 mm為干旱地區(qū)。降水季節(jié)較為集中,同時當(dāng)?shù)氐V物、油氣、光能資源豐富,尤其是和田作業(yè)區(qū)已探明石油,天然氣儲備豐富,因此研究雷暴活動規(guī)律、時空分布特征和降水時空分布十分重要,對油氣開采、防雷減災(zāi)具有重要意義。利用了和田地區(qū)1960—2020年近60年間的逐日降水?dāng)?shù)據(jù)、1960—2013年的雷暴日數(shù)的數(shù)據(jù)(2014年以后取消了雷暴日數(shù)人工觀測,采用了閃電定位儀自動觀測),運(yùn)用氣候傾向率,從降水百分比計算氣候傾向率、雷暴日數(shù)百分比入手,研究和田地區(qū)雷暴分布規(guī)律及趨勢。

        1 資料來源與研究方法

        1.1 資料來源

        站點(diǎn)數(shù)據(jù)包括和田地區(qū)的7個站點(diǎn),記錄了和田、墨玉、洛浦、民豐、皮山、策勒、于田7個觀測站1960—2020年的逐日降水?dāng)?shù)據(jù),其中墨玉和洛浦氣象數(shù)據(jù)為1966—2020年。雷暴日研究采用了1960—2013年同樣7個站點(diǎn)的雷暴日氣象觀測資料。

        1.2 研究方法

        在研究和田地區(qū)的降水分布時,為了更好、更精確地表達(dá)降水時空分布特征,首先對和田地區(qū)的降水進(jìn)行了降水量的等級劃分,采用了中國氣象局公布的降水強(qiáng)度劃分標(biāo)準(zhǔn),24 h降水量等級劃分,小雨:0.1~9.9 mm;中雨:10.0~24.9 mm;大雨:25.0~49.9 mm;暴雨:50.0~99.9 mm。

        氣候傾向率即回歸方程的回歸系數(shù)乘以10,方程為y=β2+β1,其中x為自變量,表示時間,表示月或年。y為因變量,表示降水日數(shù)百分比或雷暴日數(shù)百分比。β2為回歸系數(shù),若β2為負(fù)值,則說明y隨著x的增加而減??;若β2為正值,則說明y隨著x的增加而增加;當(dāng)y隨x的變化通過0.05或0.01的顯著性檢驗(yàn)時就規(guī)定氣候傾向率為β2乘以10,其單位為mm/10年,β1為回歸常數(shù)。其公式如下:

        式中,x為時間序列,表示為月/年;y為氣候氣象要素,表示降水日數(shù)百分比或雷暴日數(shù)百分比。當(dāng)r通過0.05或0.01顯著性檢驗(yàn)時就定義β2×10即氣候傾向率,單位為%/10年。表示氣象要素的變化百分比。

        1.3 降水日數(shù)百分比

        降水日數(shù)百分比是指某一等級的降水天數(shù)與這一年的所有這一等級的降水天數(shù)的比值。雷暴日百分比與此同理。

        2 和田地區(qū)降水日數(shù)分布特征

        利用1960—2020年和田地區(qū)7個觀測站的逐日降水?dāng)?shù)據(jù),先運(yùn)用式(1)進(jìn)行降水等級劃分,再用式(1)、(2)計算氣候傾向率并進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。在ArcGIS中將氣候傾向率通過顯著性檢驗(yàn)的地區(qū)加以區(qū)分就得到了和田地區(qū)1—12月不同等級的降水日數(shù)隨時間的變化顯著性檢驗(yàn),將氣候傾向率通過顯著性檢驗(yàn)的地區(qū)與月份整合,便得到了不同等級的降水日數(shù)隨時間變化顯著性檢驗(yàn)和氣候傾向率統(tǒng)計表。同時,因ArcGIS圖片清晰度等技術(shù)限制,在研究不同月份氣象要素隨時間變化的顯著性檢驗(yàn)分布圖將采用較為具有代表性的月份。

        2.1 和田地區(qū)月小雨日數(shù)隨時間變化特征

        參考24 h降水量等級劃分標(biāo)準(zhǔn)先篩選出日降水量為小雨范圍的降水天數(shù),以月為x序列,算出得到和田地區(qū)的月小雨降水日數(shù)百分比,算出氣候傾向率并進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。具體分析結(jié)果如下:

        第一,1、3、4、11月,和田地區(qū)小雨降水日數(shù)百分比變化不明顯,7個站點(diǎn)均未通過0.05或0.01顯著性檢驗(yàn)。第二,2月小雨日數(shù)變化通過了0.05和0.01顯著性檢驗(yàn)的地區(qū)為和田、洛浦、墨玉、于田。這4個站點(diǎn)氣候傾向率均為負(fù)值,為(-1.02%~-1.23%)/10年,表明小雨降水日數(shù)逐漸減少,其中墨玉小雨降水量在2月中減少最多為-1.23%/10年。表明墨玉在2月小雨降水日數(shù)百分比隨時間而緩慢減少。第三,5月僅有民豐通過了0.01顯著性檢驗(yàn),為1.54%/10年,表明了民豐5月份小雨降水日數(shù)百分比隨時間而緩慢增加。第四,6月通過0.05顯著性檢驗(yàn)的縣為洛浦、策勒、于田,為(0.90%~1.09%)/10年,表明在6月小雨降水日數(shù)百分比隨時間而緩慢增加。第五,7月通過0.05顯著性檢驗(yàn)的為策勒、墨玉,分別為-0.95%/10年、-1.04%/10年,均 為負(fù)值,表明7月小雨降水日數(shù)百分比隨時間而緩慢減少。第六,8月通過0.05顯著性檢驗(yàn)的只有策勒,為-1.03%/10年,表明在8月小雨降水日數(shù)百分比隨時間而緩慢減少。第七,9月僅策勒未通過顯著性檢驗(yàn)。通過0.05顯著性檢驗(yàn)的縣為和田、洛浦、民豐、皮山,氣候傾向率為(-1.38%~-2.60%)/10年,通過0.01顯著性檢驗(yàn)的地區(qū)為于田,傾向率為-2.29%/10年,2種通過顯著性檢驗(yàn)的縣傾向率均為負(fù)值,表明9月小雨降水日數(shù)百分比隨時間而緩慢減少。第八,10月通過0.05顯著性檢驗(yàn)的縣為洛浦、民豐、皮山,傾向率為(-1.85%~-3.62%)/10年,表明10月小雨降水日數(shù)百分比隨時間而減少。第九,12月通過0.05顯著性檢驗(yàn)的縣為洛浦、民豐,傾向率分別為1.46%/10年、1.99%/10年。通過0.01顯著性檢驗(yàn)的縣為和田、皮山、策勒、墨玉、于田,傾向率為1.50%~2.02%/10年,表明12月小雨降水日數(shù)百分比隨時間而增加[1]。

        2.2 和田地區(qū)月中雨日數(shù)隨時間變化特征

        篩選出和田地區(qū)日降水量為中雨范圍的降水日數(shù),以月為x序列,算出得到和田地區(qū)的月中雨降水日數(shù)百分比,算出氣候傾向率并進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。具體分析結(jié)果如下:

        第一,1月僅墨玉通過了0.05顯著性檢驗(yàn),傾向率為1.85%/10年,表明中雨降水日數(shù)百分比隨時間而緩慢增加。第二,2月僅民豐通過了0.05顯著性檢驗(yàn),傾向率為-2.49%/10年,表明中雨降水日數(shù)百分比隨時間而緩慢減少。第三,6月僅洛浦通過了0.05顯著性檢驗(yàn),傾向率為1.4%/10年,表明中雨降水日數(shù)百分比隨時間而緩慢增加。第四,7月僅策勒通過了0.01顯著性檢驗(yàn),傾向率為-1.68%/10年,表明中雨降水日數(shù)百分比隨時間而緩慢減少。第五,8月民豐通過了0.05顯著性檢驗(yàn),傾向率為-1.91%/10年,代表了中雨降水日數(shù)百分比隨時間而減少;皮山地區(qū)通過了0.05顯著性檢驗(yàn),傾向率為1.13%/10年,表明中雨降水日數(shù)百分比隨時間而增加。第六,9月僅民豐通過了0.05顯著性檢驗(yàn),傾向率為-1.70%/10年,表明中雨降水日數(shù)百分比隨時間而緩慢減少。第七,3、4、5、10、11、12月,和田地區(qū)各縣中雨降水日數(shù)百分比隨時間變化不明顯,均未通過顯著性檢驗(yàn)。

        2.3 和田地區(qū)降水日數(shù)隨時間變化特征

        與區(qū)分等級的降水日數(shù)變化趨勢不同,和田地區(qū)的降水日數(shù)變化特征將不再分級,而是直接統(tǒng)計降水百分比,更直觀地研究整個和田地區(qū)的降水變化趨勢,即篩選出和田地區(qū)的降水日數(shù),以月/年為x序列,算出得到和田地區(qū)的月/年降水日數(shù)百分比,算出氣候傾向率并進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。具體分析結(jié)果如下:

        2.3.1 和田地區(qū)月降水日數(shù)隨時間變化第一,1、3、4、5、10月,和田地區(qū)的月降水量隨時間的變化不明顯,均未通過顯著性檢驗(yàn)。第二,2月于田通過了0.05顯著性檢驗(yàn),傾向率為-0.91%/10年;民豐通過了0.01顯著性檢驗(yàn),傾向率為-1.11%/10年。表明降水日數(shù)百分比隨時間而緩慢減少。第三,6月僅有洛浦通過了0.01顯著性檢驗(yàn),傾向率為0.78%/10年,表明降水日數(shù)百分比隨時間而緩慢增加。第四,7月于田通過了0.05顯著性檢驗(yàn),傾向率為-0.40%/10年;和田、策勒、墨玉通過了0.01顯著性檢驗(yàn),傾向率分別為-0.6%/10年、-0.90%/10年、-0.14%/10年,表明降水日數(shù)百分比隨時間緩慢減少。第五,8月策勒通過了0.05顯著性檢驗(yàn),傾向率為-0.89%/10年;民豐通過了0.01顯著性檢驗(yàn),傾向率為-0.93%/10年,表明降水日數(shù)百分比隨時間而緩慢減少。第六,9月通過了0.05顯著性檢驗(yàn)的縣為:和田、皮山,傾向率分別為-1.02%/10年、-0.82%/10年。通過了0.01顯著性檢驗(yàn)的縣為洛浦、民豐、策勒、墨玉、于田,傾向率為(-1.97%~-0.25%)/10年。表明降水日數(shù)百分比隨時間而減少。第七,11月僅墨玉通過了0.05顯著性檢驗(yàn),傾向率為1.47%/10年,表明降水日數(shù)百分比隨時間而緩慢增加。第八,12月僅墨玉未通過顯著性檢驗(yàn)。其他縣市通過0.01顯著性檢驗(yàn),為(1.31%~1.81%)/10年,均為正值,表明降水日數(shù)百分比隨時間增加。

        2.3.2 和田地區(qū)年降水日數(shù)隨時間變化通過0.05顯著性檢驗(yàn)的縣為和田、皮山、于田,傾向率分別為0.09%/10年、0.08%/10年、0.09%/10年,降水日數(shù)分別為每10年增加0.09%、0.08%、0.09%。通過0.01顯著性檢驗(yàn)的縣為洛浦、民豐、墨玉,傾向率分別為0.23%/10年、0.11%/10年、0.25%/10年,降水日數(shù)分別為每10年增加0.23%、0.11%、0.25%。由此可見,和田地區(qū)的7個縣在有數(shù)據(jù)記錄以來的近60年,其降水日數(shù)表現(xiàn)為增加,即和田地區(qū)各縣的降水日數(shù)在可預(yù)見的未來將保持持續(xù)、緩慢的增長趨勢[2]。

        3 和田地區(qū)雷暴日分布特征

        和田地區(qū)地處南疆,從其雷暴頻率來看為我國雷暴高發(fā)區(qū),且目前已探明和田前線作業(yè)區(qū)石油、天然氣儲量豐富。因此,對雷暴的研究將會對和田地區(qū)的作業(yè)開采具有一定的安全指示。在本文中因和田地區(qū)的雷暴在時間上的分布較為集中,且所得數(shù)據(jù)均為月份統(tǒng)計。雷暴從次數(shù)上并無分級標(biāo)準(zhǔn)。在研究和田地區(qū)的雷暴日的分布特征時,需要計算出其月百分比、年百分比,再進(jìn)行氣候傾向率的計算,即可完成對和田地區(qū)的雷暴從時間角度上的變化研究[3]。

        3.1 和田地區(qū)月雷暴日隨時間變化

        與本研究和田地區(qū)月降水分布原理相同,只需計算出雷暴日的月百分比即可。

        第一,1、2、3、6、8、9、10、11、12月,和田地區(qū)的月雷暴日數(shù)隨時間變化不明顯,未通過顯著性檢驗(yàn)。第二,4月通過0.05顯著性檢驗(yàn)的縣為和田、墨玉,傾向率分別為4.35%/10年、4.43%/10年;通過0.01顯著性檢驗(yàn)的縣為皮山,傾向率為4.89%/10年,均為正值,表明月雷暴日數(shù)隨時間增加。第三,5月通過0.01顯著性檢驗(yàn)的縣為民豐、皮山、策勒、于田,傾向率分別為1.53%/10年、1.06%/10年、2.08%/10年、1.51%/10年,均為正值,表明月雷暴日數(shù)隨時間增加。第四,7月僅有于田沒通過顯著性檢驗(yàn)。其中通過0.05顯著性檢驗(yàn)的縣為和田,傾向率為-2.82%/10年,通過0.01顯著性檢驗(yàn)的縣為洛浦-2.47%/10年、民豐-1.25%/10年、皮山-1.61%/10年、策勒-1.92%/10年、墨玉-3.69%/10年。均為負(fù)值,表明月雷暴日數(shù)隨時間減少。

        因和田地區(qū)的雷暴主要集中在6—8月,所以在7月為負(fù)值的傾向率引導(dǎo)了整個和田地區(qū)的雷暴日數(shù)變化,而其他月份的雷暴日數(shù)變化則對總體變化影響不大[4]。

        3.2 和田地區(qū)年雷暴日隨時間變化

        與和田地區(qū)的年降水方法一致,具體分析結(jié)果見表1:

        表1為和田地區(qū)的年雷暴日隨時間變化顯著性檢驗(yàn)及氣候傾向率表,可以看出,通過0.05顯著性檢驗(yàn)的縣為和田、策勒,傾向率分別為-0.21%/10年、-0.30%/10年;通過0.01顯著性檢驗(yàn)的縣為皮山、于田,傾向率分別為-0.29%/10年、-0.38%/10年。通過顯著性檢驗(yàn)的傾向率均為負(fù)值說明年雷暴日數(shù)隨時間的推移而逐漸減少,分別減少為和田市每10年減少0.21%的雷暴日數(shù)、皮山每10年減少0.29%的雷暴日數(shù)、策勒每10年減少0.30%的雷暴日數(shù)、于田每10年減少0.38%的雷暴日數(shù)[5]。

        4 結(jié)論

        利用和田地區(qū)7個站點(diǎn)的逐日降水資料、逐月雷暴日次數(shù)資料,在分別計算出其日數(shù)百分比之后,為了得到月時間分布變化特征,采用了氣候傾向率的方法,可以直觀得出氣象要素的變化趨勢,用此方法分析了和田地區(qū)的降水和雷暴日的分布規(guī)律,得出結(jié)論。

        第一,和田地區(qū)7個縣(市)的年降水日數(shù)百分比所得的傾向率均為正數(shù),表明了近60年來和田地區(qū)的降水日數(shù)在逐漸增加。而和田地區(qū)的年雷暴日數(shù)百分比所得的傾向率均為負(fù)值,代表均呈現(xiàn)減少的趨勢。在通過顯著性檢驗(yàn)的情況下,可以確定和田地區(qū)的降水日數(shù)在逐漸增加,雷暴日數(shù)逐漸減少。

        第二,和田地區(qū)的年降水日數(shù)隨時間推移而增加并通過了0.05或0.01顯著性檢驗(yàn)的縣(市)為和田、洛浦、民豐、皮山、墨玉、于田6個站點(diǎn)。

        第三,和田地區(qū)的年雷暴日數(shù)百分比隨時間推移而減少并通過了0.05或0.01顯著性檢驗(yàn)的縣(市)為和田、皮山、策勒、于田。

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