镇江市雷暴气候特征分析

朱文博，舒宏武

(1.安徽省蚌埠市气象局，安徽蚌埠 233000；2.南京信息工程大学大气物理学院，江苏南京 210044)



镇江市雷暴气候特征分析

朱文博1，舒宏武2

(1.安徽省蚌埠市气象局，安徽蚌埠 233000；2.南京信息工程大学大气物理学院，江苏南京 210044)

利用1961～2011年镇江市雷暴日监测资料，采用线性拟合、小波分析和M-K突变检验等方法，对雷暴气候特征进行了分析。结果表明，近51年来镇江市年雷暴日数总体上呈现递减趋势；季节变化明显，夏季雷暴日最多、冬季最少；各县市月平均雷暴日均呈单峰型，7月雷暴日数最多；镇江市雷暴日存在6年左右周期的年际变化；镇江市雷暴日突变年为1966年。

雷暴日；气候特征；小波分析；M-K检验

据不完全统计，全球每年因雷电造成人员伤亡超过1万人，损失在10亿美元以上，我国每年约有3 000～4 000人因遭受雷击而伤亡[1]。许多学者对雷暴气候特征进行了研究，并取得了一些有益的成果[2-7]，如陈思蓉等[3]利用我国743个站点1951～2005年雷暴日和冰雹观测资料分析了我国雷暴日特征分布，指出我国雷暴日发生的概率分布具有明显的地理和日变化差异；张美平等[4]分析表明46年来雷暴的发生有逐渐减小趋势，且雷暴有明显的季节和日变化特征。镇江市地处江苏省西南部、长江下游南岸，属北亚热带季风气候。随着社会经济的迅速发展，现代化的程度越来越高，雷电灾害所造成损失也越来越大。笔者利用1961～2011年镇江市雷暴日监测资料，采用线性拟合、小波分析和M-K突变检验等方法，对近51年来镇江市雷暴气候特征进行了分析，为减少镇江市因雷电所造成的损失以及雷电监测预警等工作提供借鉴。

1　资料与方法

1.1数据来源在常规气象观测中，测站闻雷的观测日一般记作一个雷暴日。雷暴日表征不同地区雷电活动的频繁程度。在此以镇江市国家气象观测站1961～2011年雷暴监测资料为研究对象，其中镇江从1994年起使用丹徒站资料，所以分析中仅取其一。季节划分为春季(3～5月)、夏季(6～8月)、秋季(9～11月)、冬季(12月～次年2月)。

1.2分析方法采用线性拟合、M-K突变检验和小波分析等方法对近51年来镇江市雷暴日的年变化、季变化、月变化等进行了分析。M-K突变检验是非参数方法，不需要样本遵从一定的分布，也不受少数异常值的干扰。小波分析中的能量谱可清楚地反映序列中各个周期成分的强度随时间的变化，数值越大表示周期信号越强，可从中看出信号在时间分布和相位方面的信息。

2　结果与分析

2.1雷暴日年变化特征从表1可以看出，镇江市年雷暴日极大值为1963年扬中市的59 d，年极小值为1978年丹阳市的11次，平均年雷暴日最多为句容市32.2 d，最少为镇江市29.9 d。

表11961～2011年镇江市年雷暴日年际特征

Table 1Characteristics of annual thunderstorm days in Zhenjiang City from 1961 to 2011 d

城市City极大值Themaximumvalue极小值Theminimumvalue平均值Meanvalue镇江市ZhenjiangCity481229.9扬中市YangzhongCity591532.1丹阳市DanyangCity581131.9句容市JurongCity531832.2

由图1可知，51年来镇江市雷暴日线性拟合方程为y=-0.13(x-1961)+296.1，气候倾向率为-1.3 d/10 a，表示镇江市区从1961年开始年雷暴日数呈递减趋势；51年来镇江市雷暴日数波动起伏明显，年雷暴日数最小值是1978年的12 d，最大值是1964年的48 d。51年来年雷暴日分布在30～35 d 的频数最多，10～15 d的频数最少。扬中市、丹阳市和句容市的年雷暴日气候倾向率分别为-2.6、-1.6、-1.5 d/10 a，即扬中市、丹阳市和句容市雷暴日数整体均呈递减趋势，与前人研究结论一致[4-7]。扬中市51年来年雷暴日数最小值是2001年的15 d，最大值是1963年的59 d，年平均雷暴日数为32.1 d，属于多雷区，雷暴日分布在30～35 d的频数最多，10～15 d的频数最少。丹阳市51年来年雷暴日数最小值是1978年的11 d，最大值是1963年的58 d，年平均雷暴日数为31.9 d，属于多雷区，雷暴日分布在25～30 d的频数最多，15～20和50～55 d的频数最少。句容市51年来年雷暴日数最小值是2001年的18 d，最大值是1964年的53 d，年平均雷暴日数为32.2 d，属于多雷区，雷暴日分布在35～40 d的频数最多，50～55 d的频数最少。

图1　1961～2011年镇江市年雷暴日变化(a)和年雷暴日数分布区间(b)Fig.1　Changes of thunderstorm days(a)and distribution interval(b)of annual thunderstorm days in Zhenjiang City from 1961 to 2011

2.2雷暴日季节变化特征由表2可知，镇江市雷暴日季节特征变化非常显著，其中夏季雷暴日最多，平均为21.6 d，扬中市、丹阳市和句容市夏季雷暴日数位于平均值之上，其中扬中市夏季雷暴日数最多，为22.0 d；冬季雷暴日最少，平均为0.5 d，句容市冬季雷暴日最多，为0.6 d，高于平均值水平。

表21961～2011年镇江市雷暴日季节变化特征

Table 2Seasonal change characteristics of thunderstorm days in Zhenjiang City from 1961 to 2011 d

城市City春季Spring夏季Summer秋季Autumn冬季Winter镇江市ZhenjiangCity6.220.62.80.4扬中市YangzhongCity6.422.03.20.5丹阳市DanyangCity6.521.83.10.4句容市JurongCity7.021.82.90.6

2.3雷暴日月变化特征由图2可知，近51年来各县市平均月雷暴日数的大体变化趋势一致，月平均雷暴日走势均呈单峰型，从1月份开始，雷暴日数逐渐增加，一直到7月份达最大值，然后呈递减趋势。这主要是因为7月份正处于盛夏，夏天水蒸气较多，云层较厚，带有大量的电荷，运动发生碰撞，产生雷暴。7月份雷暴日数最多，平均为9.49 d，占全年总雷暴日数的31.7%，其次8月份雷暴日也相对较多，平均为7.45 d，占全年总雷暴日数的24.9%，2月雷暴日数最少，平均为0.35 d，占全年雷暴日总数的1.2%。

图2　1961～2011年镇江各县市平均月雷暴日趋势Fig.2　Trend of average monthly thunderstorm days in different cities from 1961 to 2011

2.4雷暴气候特征小波分析针对雷暴日数据作Kolmogorov-Smirnov检验P值为0.886，远大于0.05，说明数据呈正态分布显著，因此可将镇江市历年雷暴日数据序列视为稳定信号，对其进行时频分析可采用小波分析来处理。用同样的方法可知，扬中市、丹阳市和句容市的雷暴日数据也适用小波分析。由图3可见，近51年来镇江市雷暴日存在6年左右周期的年际变化，振荡模态的周期比较稳定；1961～1973年存在约12年的周期振荡；1965～1967、1986～1987、1994～1995、2001～2002年为雷暴偏少年份，振荡幅度为负，其余为雷暴日偏多年份，振荡幅度为正。

图3　1961～2011年镇江市雷暴日序列子波实部分布Fig.3　Wavelet distribution of thunderstorm days in Zhenjiang City from 1961 to 2011

2.5雷暴日M-K突变检验由图4可见，从1965年左右开始UF曲线小于0，表明镇江市雷暴日数从1965年开始总体呈递减趋势，1975年以后雷暴日数超过临界线，表明雷暴日数递减非常显著。UF和UB 2条曲线的交点所对应的年份约为1966年，表明1966年为雷暴日突变年。

注：2条虚直线表示α=0.05显著性水平的临界线(U=±1.96)。Note：Two imaginary lines indicated critical line (U=±1.96) of significant level α=0.05.图4　1961～2011年镇江市雷暴日M-K统计曲线Fig.4　M-K statistical curve of thunderstorm days in Zhenjiang City from 1961 to 2011

3　结论与讨论

(1)该研究结果表明，近51年来镇江市雷暴日极大值为1963年扬中市的59 d，年极小值为1978年丹阳市的11次，平均年雷暴日最多为句容市的32.2 d，最少为镇江市的29.9 d。镇江市区年雷暴日数总体上呈现递减趋势，减少幅度为1.3 d/10 a。近51年来镇江市雷暴日季节特征变化非常显著，其中夏季雷暴日最多，平均为21.6 d。近51年来镇江市各县市平均月雷暴日数的大体变化趋势一致，月平均雷暴日走势均呈单峰型，从1月份开始，雷暴日数逐渐增加，一直到7月份达最大值，然后呈递减趋势。小波分析表明，近51年来镇江市雷暴日存在6年左右周期的年际变化，振荡模态的周期比较稳定；1961～1973年存在约12年的周期振荡；1965～1967、1986～1987、1994～1995、2001～2002年为雷暴偏少年份，振荡幅度为负，其余为雷暴日偏多年份，振荡幅度为正。M-K突变检验表明，镇江市雷暴日数从1965年开始

总体呈递减趋势，1975年以后雷暴日数递减非常显著，1966年为雷暴日突变年。

(2)该研究存在一定的局限性。首先，存在观测制度的局限性，因为地面气象观测资料均是靠人工观测，但若雷暴强度较小或离观测站较远时，观测人员可能因为没有听到雷声或没有看见闪电，从而发生漏记现象，使雷暴日的数据变小。而且观测站的人员仅在白天记录雷暴日，所以观测站得到的数据没有晚上的观测数据。雷电并不会选择性地仅在白天发生。其次，存在行政区划的局限性，因为人工记录雷暴日数在很大程度上忽略了一个城市不同地区因地理、气象、建筑结构布局对雷电发生条件的不同而引起的雷电次数不同的影响。因此，为了能够准确地揭示镇江地区雷点活动规律，今后将采用雷击探测仪组成的闪电监测定位系统监测到的地闪数据，从闪电的极性分布、日变化、月变化、强度、闪电密度等方面进行统计分析。

[1] 许小峰.雷电灾害与监测预报[J].气象，2004，30(12)：17-21.

[2] 张家诚，林之光.中国气候气象[M].上海：上海科学技术出版社，1985：411-433.

[3] 陈思蓉，朱伟军，周兵.中国雷暴气候分布特征及变化趋势[J].大气科学学报，2009，32(5)：703-710.

[4] 张美平，敖淑珍，刘翔，等.广州白云国际机场近46年来雷暴气候的统计特征[J].应用气象学报，2004，15(1)：66-73.

[5] 王锡中，叶玉珍，钟颖颖，等.江苏省城市雷暴日分布特征[J].气象科学，2011，31(1)：93-99.

[6] 张敏锋，冯霞.我国雷暴天气的气候特征[J].热带气象学报，1998，14(2)：156-162.

[7] 公芙萍，王会荣，汪文丽.临汾市近57年雷暴气候特征分析[J].中国农学通报，2012，28(23)：271-276.

Analysis of Thunderstorm Climate Characteristics in Zhenjiang City

ZHU Wen-bo1, SHU Hong-wu2

(1. Bengbu Meteorological Bureau, Bengbu, Anhui 233000; 2. School of Atmospheric Physics, Nanjing University of Information Science & Technology, Nanjing, Jiangsu 210044)

According to the daily thunderstorm monitoring data of Zhenjiang City in 1961-2011, thunderstorm climate characteristics were analyzed by linear fitting, wavelet analysis and M-K test and other methods. Results showed that the annual thunderstorm days presented a decreasing trend and obvious seasonal changes in recent 51 years. Thunderstorm days were the most in summer and the least in winter. Average monthly thunderstorm days in different cities all showed single peak, and the thunderstorm days were the most in July. Annual thunderstorm days in Zhenjiang City had about 6a long cycle interannual variation. The mutation year of annual thunderstorm days was 1966 in Zhenjiang City.

Thunderstorm days; Climate characteristics; Wavelet analysis; M-K test

朱文博(1987-)，男，安徽蚌埠人，助理工程师，从事雷电防护工作。

2016-06-03

S 16

A

0517-6611(2016)21-163-03