基于Originpro 8.0与小波分析的雷暴日资料的特征探究

王小飞，郭德均，喻 潜，尹登峰，余田野（.湖北省防雷中心；.竹山县气象局，武汉，430074）

基于Originpro 8.0与小波分析的雷暴日资料的特征探究

王小飞1，郭德均2，喻 潜1，尹登峰2，余田野1
（1.湖北省防雷中心；2.竹山县气象局，武汉，430074）

本文基于图形可视化分析软件Originpro 8.0与小波分析对竹山县雷暴日的资料进行了分析，绘制了52年来的竹山县雷暴日的变化趋势，得到了雷暴日的振荡周期。

雷暴日；Originpro 8.0；小波分析

1 利用Originpro 8.0软件对数据资料进行分析

雷暴日的气候趋势系数（rxt）由公式（1）求得，该系数（rxt）可以了解雷暴日在长期气候变化中升降的定量程度：

式（1）中xt表示第t年雷暴日，n为年数，表示年雷暴日平均值，=（n+1）/2， rxt的正（负）值表示该要素在此时间序列中升（降）趋势的大小。若rxt＞0，表明年雷暴日有上升趋势，rxt越大上升趋势越强；若rxt＜0，表明年雷暴日有下降趋势，rxt值越小下降趋势越强。

利用Originpro 8.0绘制某一单一要素52年来变化的拟合直线，求得该元素的线性回归趋势方程，其表达式为：

式中回归系数a表示雷暴日的气候趋势倾向，a＞0说明随时间增加呈上升趋势，a＜O说明随时间增加呈下降趋势，a的大小反映了上升或下降的速率，本文把lOa称为气候倾向率。通过F=r2xt（n-2）/（1- r2xt），计算求得F值，最后利用Originpro 8.0 中Prob＞F在值来判断该要素52年来的变化趋势是否明显，即如果该数值小于0.05就认为差异显著，小于0.01差异极显著，大于0.05的差异不显著。最后利用小波分析对其52年来的各年雷暴日演变规律进行分析。

2 资料分析结果

2.1雷暴初雷日变化

根据1961～2012年竹山县气象台站历年初雷日日期资料，计算出平均初雷日，并利用Originpro 8.0绘制近52年来的变化趋势线，并绘制图1，计算出其回归系数（b）、气候倾向率（10a）、F值以及Prob＞F值，得出表1。

图1　 竹山县年平均雷暴初雷日天数变化情况（1961～2012年）

表1　竹山县平均雷暴初雷日气候倾向率和变化趋势（1961～2012年）

根据Originpro 8.0所得其气候倾向率（10a）为-0.215，即每10年提前0.215天，根据Prob＞F值为0.915，该值大于0.05，说明该变化趋势并不明显，即近52年来的初雷日整体有提前趋势，斜率较小变化不明显。

2.2雷暴终雷日变化

根据1961～2012年竹山县气象台站历年终雷日日期资料，计算出平均终雷日日期，利用Originpro 8.0绘制近52年来的变化趋势线，绘制图2，并计算其回归系数（b）、气候倾向率（10a）、F值以及Prob＞F值，得出表2。

图2　 竹山县年平均雷暴终雷日天数变化情况（1961～2012年）

表2　竹山县平均终雷日气候倾向率和变化趋势（1961～2012年）

根据Originpro 8.0所得其气候倾向率（10a）为-5.977，即近52年来平均每10年提前5.977天，根据Prob＞F值为0.048，该值小于0.05，说明该变化趋势明显。近52年来雷暴日终雷日有明显提前趋势，该趋势变化明显。

2.3雷暴日年际变化

根据该台站近52年来雷暴日资料，计算出52年来平均年雷暴日情况，计算其回归系数（b）、气候倾向率（10a）、F值以及Prob＞F值，得出表3。

图3　 竹山县年平均雷暴年日天数变化情况（1961～2012年）

表3　竹山县平均年雷日气候倾向率和变化趋势（1961～2012年）

根据Originpro 8.0所得其气候倾向率（10a）为-2.902，即近52年来平均每10年减少2.902天，用Prob＞F值检验，该值为1.34E-5远小于0.01，说明该变化趋势非常明显。

2.4雷暴日季节变化

根据该台站历年来雷暴日资料，计算出52年来平均月雷暴日情况，绘制图4，计算春季和春夏季站全年雷暴日的百分比，绘制图5，利用Originpro 8.0绘制变化趋势线，可得表4。

图4　 竹山县月平均雷暴终日天数分布（1961～2012年）

图5　 竹山县年平均春夏两季月雷暴日占全年的百分比（1961～2012年）

从图4可以得出该台站在1月份从来没有发生过雷暴，12月份也仅有一年发生过雷暴，其他月份均有九次及以上的雷暴发生，雷暴主要发生春夏两季，整体月分布呈双峰形式分布，第一次高峰在4月，主峰是在7月，也是整个雷暴日月份分布的峰值，8月过后就就迅速较少。通过分析52年来春夏两季雷暴日数据可得，春季发生雷暴日数平均占全年的24.14%，春夏两季占全年的92.59%，在过去的52年里有9次全年的闪电都发生在春夏两季。根据52年来，春夏两季全全年雷暴日天数的百分比变化趋势，可以看出没有明显的增加或减少，其中春季所占百分比稍有增加，增加趋势不明显。根据Originpro 8.0计算所得气候变化率和F值等，可得表4。

表4　竹山县平均春夏两季雷暴日气候倾向率和变化趋势（1961～2012年）

根据表4，分析可得春季雷暴日数平均每10年减少0.290天，减少趋势不明显，但春季雷暴日天数占全年的百分比的比例略有增加，增加趋势不明显；夏季雷暴日减少趋势显著，平均每10年减少2.385天，占全年减少总量的82.18%，是造成全年雷暴日减少的最主要原因；春夏两季平均每10年减少2.675天，占全年减少量的92.18%，是造成全年雷暴日减少的决定性因素。

2.5雷暴日夏季各月份变化

根据表4，可知全年82.18%雷暴日减少量发生在夏季，根据该台站52年来雷暴日资料，分析夏季6、7、8月雷暴日的变化情况，如表5。

表5　竹山县夏季各月份雷暴日气候倾向率和变化趋势（1961～2012年）

由表5，可以得出6月份雷暴日减少不明显，每10年减少0.427天；7月份雷暴日天数有明显的减少，每10年减少0.803天；8月份的减少量最为显著，每10年减少1.111天；8月份雷暴日的减少是造成夏季雷暴日的减少主要原因。

3 利用小波分析对雷暴日的周期变化特征进行分析

利用小波分析对竹山台站1961～2012年历年雷暴日演变规律进行分析结果显示，年雷暴日变化存在多时间尺度结构，其序列分别在11年和17年左右的时间尺度上呈现比较明显的正负闭合中心，即表明在近52年内，雷暴日序列存在着11年和17年左右的周期振荡，并贯穿整个52年；此外，小波系数实部为正时，代表多雷暴年；小波系数实部为负时，代表少雷暴年。

图6　 1961～2012年竹山县年平均雷暴日序列小波系数分布

4 结论

目前，由雷电造成的灾害日益增多，农村地区由于防雷意识淡薄、防雷措施不利等原因，造成人员伤亡情况更多，并且针对农村开展的雷电研究很少。本文分析得到的竹山县雷暴日时间分析特征的研究，对该县农村防雷有一定的针对性和指导意义。

［1］ 林建，曲晓波.中国雷电事件的时空分布特征［J］.气象，2008，34（11）：22-30.

［2］ 冯民学，焦雪，韦海容，等.江苏省雷电分布特征分析［J］.气象科学，2009，29（2）.

Study on the analysis of the characteristics of Originpro 8 and th e thunderstorm data based onWavelet

Wang Xiaofei1，Guo Dejun2，Yu Qian1，Yin Dengfeng2，Yu Tianye1（1.Hubei Lightning Protection Center Weather Bureau 2.Zhushan County，Wuhan，430074）

In this paper，analysis of Zhushan County of thunderstorm data analysis software Originpro 8，and graphical visualization based on wavelet analysis，draw the changing trend of52 years of Zhushan County of thunderstorm days，obtained the oscillation cycle of thunderstorm days.

thunderstorm days；Originpro 8；wavelet analysis

2014—5—16