摘 要：應(yīng)用河北地區(qū)142個(gè)站1958—2013年雷暴日數(shù)的數(shù)據(jù)，結(jié)合趨勢(shì)分析、小波分析、EOF方法，分析了河北地區(qū)年雷暴日數(shù)的時(shí)空分布特征，得到以下結(jié)論：（1）河北地區(qū)年雷暴日數(shù)呈下降趨勢(shì)，1997年以后下降趨勢(shì)顯著；雷暴日經(jīng)歷較多、中等、較少3個(gè)階段，雷暴較多階段的雷暴日數(shù)顯著多于平均值，年雷暴日數(shù)存在28年、3年2個(gè)顯著變化周期。（2）河北雷暴日數(shù)呈現(xiàn)北多南少的態(tài)勢(shì)，河北地區(qū)雷暴日數(shù)的時(shí)空分布呈現(xiàn)整體的一致性，還存在南北反位相結(jié)構(gòu)。

關(guān)鍵詞：河北地區(qū)；年雷暴日數(shù)；時(shí)間空間變化；氣候變化；雷電防護(hù)

中圖分類號(hào)：P427.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：2095–3305（2024）02–0-04

雷暴是一種常見的自然現(xiàn)象，主要發(fā)生在熱帶和溫帶地區(qū)，是強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生的主體，雷暴常伴隨雷擊、閃電、雷暴大風(fēng)、冰雹、短時(shí)強(qiáng)降水等天氣，具有較強(qiáng)的致災(zāi)性。我國(guó)空間廣闊，不同的地區(qū)雷暴具有不同的特征，南方地區(qū)年平均雷暴日數(shù)多于北方地區(qū)，且呈現(xiàn)出明顯的緯向帶狀分布，夏季是雷暴天氣的高發(fā)期，而冬季則較少發(fā)生雷暴天氣[1-2]。我國(guó)年平均雷暴日數(shù)超過(guò)40 d的區(qū)域主要分布于長(zhǎng)江以南地區(qū)、四川西部和西藏中部，不同地區(qū)雷暴日數(shù)的季節(jié)變化規(guī)律存在差異[3]。我國(guó)雷暴日數(shù)呈現(xiàn)出明顯的下降趨勢(shì)，尤其是在工業(yè)化和城市化進(jìn)程較快的地區(qū)。這一趨勢(shì)可能與全球氣候變化和城市化進(jìn)程中熱島效應(yīng)等因素有關(guān)[4-6]。

在全球氣候變暖的背景下，河北地區(qū)的極端天氣事件也呈現(xiàn)出增加的趨勢(shì)，其中雷電活動(dòng)的影響尤為顯著。因此，對(duì)河北地區(qū)雷暴日數(shù)的時(shí)空變化的研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和科學(xué)價(jià)值。

1 資料與方法

選取1958—2013年河北142個(gè)觀測(cè)站年雷暴日數(shù)的數(shù)據(jù)，根據(jù)氣象觀測(cè)規(guī)范定義，只要一天中觀測(cè)到或聞雷，無(wú)論其持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)短，均定義為一個(gè)雷暴日，年雷暴日數(shù)為一年內(nèi)雷暴日數(shù)的總和。應(yīng)用線性回歸、小波分析、EOF分析方法對(duì)河北地區(qū)的年雷暴日進(jìn)行分析。

2 河北雷暴日數(shù)的時(shí)間特征

2.1 雷暴日數(shù)的年變化特征

1958—2013年河北省年雷暴日數(shù)變化曲線如圖1所示。1958—2013年河北地區(qū)年均雷暴日數(shù)為31.0 d，

根據(jù)中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》（GB 50343—2012），年平均雷暴日數(shù)大于25 d，不超過(guò)40 d，屬于中雷區(qū)。河北地區(qū)年雷暴日數(shù)年際差異顯著，最大值為49.7 d，出現(xiàn)在1959年；最小值僅為20.4 d，出現(xiàn)在1981年。1958—2013年河北省逐年雷暴日數(shù)呈顯著的減少趨勢(shì)，變化速率為-1.8 d/10年，回歸方程通過(guò)0.01顯著性檢驗(yàn)。

2.2 年雷暴日數(shù)的階段性特征

1958—2013年，河北地區(qū)年雷暴日數(shù)呈現(xiàn)波動(dòng)下降特征，大體可以分為3個(gè)階段。1958—1967年雷暴日數(shù)相對(duì)較多，是河北雷暴多發(fā)時(shí)期，該時(shí)段年雷暴日數(shù)的均值為36.3 d，80%的年份年雷暴日數(shù)在均值（31.0 d）以上。1968—1996年是河北雷暴平穩(wěn)時(shí)期，持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，該時(shí)段年雷暴日數(shù)均值為31.8 d，大部分年份雷暴日數(shù)接近均值。1997—2013年是河北雷暴少發(fā)時(shí)期，該時(shí)段年雷暴日數(shù)均值為26.6 d，93.4%年份雷暴日數(shù)低于均值。對(duì)比3個(gè)階段雷暴日數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差可知，1958—1967年標(biāo)準(zhǔn)差最大，為5.8 d；1997—2013年標(biāo)準(zhǔn)差最小，為2.8 d，表明第一個(gè)階段雷暴日數(shù)波動(dòng)較為劇烈，1997年后雷暴日數(shù)波動(dòng)較為平緩，這一特征在極差上也有所反映（表1）。

2.3 年雷暴日數(shù)的周期特征

為分析河北年雷暴日數(shù)的周期特征，采用小波分析的方式進(jìn)行處理，結(jié)果表明（圖2），在短周期上，河北年雷暴日數(shù)存在顯著的3年變化周期，這一周期在1958—1996年和2006—2013年2個(gè)時(shí)段內(nèi)特征顯著。在10年左右也存在周期變化，1958—1988年比較顯著，經(jīng)歷了6個(gè)正—負(fù)周期；最顯著的周期出現(xiàn)在28年左右，在整個(gè)時(shí)間段上特征均較為顯著，經(jīng)歷了2個(gè)正—負(fù)完整周期，2013年為正周期開始階段。小波方差圖上有3個(gè)明顯的峰值，分別對(duì)應(yīng)3、10、28年3個(gè)周期，其中28年方差最大，最顯著，其次是3年。

3 河北雷暴日數(shù)的空間特征

3.1 河北年雷暴日數(shù)的空間分布特征

對(duì)1958—2013年河北142個(gè)站點(diǎn)年雷暴日數(shù)進(jìn)行平均，得到其空間分布特征。整體而言，河北地區(qū)年雷暴日數(shù)呈現(xiàn)北多南少的態(tài)勢(shì)，河北北部的承德、秦皇島、唐山、張家口4個(gè)城市年雷暴日數(shù)在40 d以上，為高雷區(qū)，最大雷暴日數(shù)分布于張家口市和承德市中部，年均雷暴日數(shù)超過(guò)42 d；河北南部的石家莊、邢臺(tái)、衡水3個(gè)城市年雷暴日數(shù)為26～28 d，為多雷區(qū)的下限，而邯鄲市年雷暴日數(shù)少于25 d，為低雷區(qū)（圖3）。

3.2 年雷暴日數(shù)極值的年空間分布特征

選取年雷暴日數(shù)最多年份和最少年份，分析年雷暴日數(shù)的空間分布特征。雷暴日數(shù)最多的為1959年（圖4a），河北全省雷暴日數(shù)均在45 d以上，全區(qū)為高雷區(qū)，承德、保定、邯鄲等市均有超過(guò)56 d的雷暴中心，這與多年平均差異顯著。雷暴日數(shù)最少的1981年（圖4b），河北地區(qū)雷暴日數(shù)呈現(xiàn)北多南少的態(tài)勢(shì)，河北北部的張家口、承德2個(gè)城市年雷暴日數(shù)超過(guò)30 d，河北其他城市均在30 d以下，河北東南部的邯鄲、邢臺(tái)、滄州、衡水年雷暴日數(shù)少于18 d，屬于弱雷區(qū)。

3.3 年雷暴日數(shù)的主要模態(tài)特征

采用EOF分析方法對(duì)河北1958—2013年雷暴日數(shù)進(jìn)行分析，前3個(gè)模態(tài)方差貢獻(xiàn)率分別是61.8%、13.2%、4.2%，前2個(gè)模態(tài)累積貢獻(xiàn)率達(dá)到了75%，能夠體現(xiàn)河北地區(qū)雷暴日的整體特征，選取前2個(gè)模態(tài)進(jìn)行分析。EOF第一模態(tài)為全區(qū)一致型，河北全區(qū)表現(xiàn)為負(fù)值，其對(duì)應(yīng)的時(shí)間序列上，1958—1994年期間絕大多數(shù)年份為負(fù)值，說(shuō)明這一期間河北地區(qū)雷暴日數(shù)偏多；1995—2013年時(shí)間序列為正值，這一階段河北雷暴日數(shù)偏少，這一特征與以往的分析相對(duì)應(yīng)。EOF第二模態(tài)為南北反位相，河北北部為正位相，河北南部為負(fù)位相，表現(xiàn)為河北地區(qū)南、北雷暴日數(shù)的“蹺蹺板”效應(yīng)，對(duì)應(yīng)的時(shí)間序列上，1958—1980年，河北省大部分地區(qū)時(shí)間為負(fù)值，表明這一階段河北北部雷暴日數(shù)偏少，河北南部雷暴日數(shù)偏多，1980—2013年時(shí)間序列為正值，這一期間河北北部雷暴日數(shù)偏多，南部偏少（圖5～圖6）。

4 結(jié)論

應(yīng)用河北地區(qū)142個(gè)站1958—2013年雷暴日數(shù)據(jù)，結(jié)合趨勢(shì)分析、小波分析、EOF方法，分析了河北地區(qū)年雷暴日數(shù)的時(shí)空分布特征，得出以下結(jié)論。

（1）河北地區(qū)年雷暴日數(shù)呈下降趨勢(shì)，變化速率為-1.8 d/10年，不存在突變現(xiàn)象，1997年后下降趨勢(shì)顯著；其雷暴日數(shù)分為較多、中等、較少3個(gè)階段，雷暴較多階段雷暴日數(shù)顯著多于平均值，年雷暴日存在28、3年2個(gè)顯著變化周期。

（2）河北雷暴呈現(xiàn)北多南少的態(tài)勢(shì)，張家口市和承德市中部，年均雷暴日數(shù)超過(guò)42 d，石家莊、邢臺(tái)、衡水3個(gè)城市年均雷暴日數(shù)為26～28 d。在空間分布上，河北地區(qū)雷暴日呈現(xiàn)出整體的一致性，還存在南北反位相結(jié)構(gòu)。

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