1954—2013年连州市雷暴日数的统计特征

阮楚雯，邓福兴，李少远

（连州市气象局，广东连州 513400）

1954—2013年连州市雷暴日数的统计特征

阮楚雯，邓福兴，李少远

（连州市气象局，广东连州 513400）

利用1954—2013年连州市雷暴观测资料，采用Mann-Kendall检验、回归分析、小波分析等，研究了连州市雷暴的气候变化特征。结果表明：1954—2013年连州市年平均雷暴日数为69.2 d，雷暴日数以每年0.44 d的速率减少，减少趋势非常显著；用M-K法检测出雷暴日数在1995年发生突变。全年均有雷暴发生，月分布呈单峰型的特征，主要集中在夏季，冬季出现雷暴的几率很小。初雷主要出现在2月份，终雷主要出现在9月份，雷暴持续期相对较长，年际差异较大，由小波分析得出雷暴日数存在准2、准6和准10年的周期震荡。

气候特征；雷电防御；雷暴日数；小波分析；M-K检验；连州市

雷暴为中γ尺度伴有雷鸣、闪电的强对流性天气，是一种局部而激烈的放电现象。雷暴灾害是我国十大自然灾害之一［1-2］，对人畜、建筑、电子设备等产生极大的危害，给人民的日常生活、国民经济、生产活动造成严重的威胁。因此对雷暴的活动规律、气候特征的研究成为众多学者的重要研究内容［3-5］。段海花等［7］研究了粤东北雷暴时空的变化特征，指出粤东北雷暴日数总体呈现明显减少的趋势，年代差异较大。毛慧琴［8］等揭示出广东省的雷暴主要是由热力条件引起。近几年来，连州市经济快速发展，高层建筑和现代化高技术电子产品的日益普及，雷电灾害隐患越来越大。如何减少雷暴带来的危害，开展防雷监测、预警预报、雷电灾害防御与管理等工作，备受社会的关注。因此，有必要对连州市多年雷暴进行统计研究，分析了解其变化规律，以期为雷电预警、预报提供科学依据。

1 资料和方法

利用连州市地面气象观测站1954—2013年完整的逐日雷暴资料，运用Mann-Kendall（MK）突变检验、回归分析及小波分析等，对连州市历年雷暴日数及初雷日、终雷日，以及雷暴日数的周期变化等进行统计分析。根据我国气象观测规范定义，气象日界为每日20：00；雷暴日为一年中有雷暴现象的天数，一天中只要听到一次或一次以上的雷声就算一个雷暴日。此外根据华南地区的特点，将3—5月、6—8月、9—11月、12—次年2月分别定为春、夏、秋、冬4季。

M-K突变检验方法是非参数方法，其优点是不需要样本遵从一定的分布，也不受少数异常值的干扰，更适用于类型变量和顺序变量，可以用来检验突变及变化趋势。本研究利用M-K方法对近60年来连州市雷暴日数变化趋势进行突变检验，取显著性水平ɑ=0.05，即临界值U0.05=±1.96。

2 雷暴日数的统计特征

2.1 年变化

图1是连州市1954—2013年年平均雷暴日数逐年分布，以60年的雷暴日数平均值69.2 d为0刻度线，很好的表示了历年雷暴日数的距平值和变化趋势。根据国内有关标准［9］，年平均雷暴日为41～90 d的属于多雷区，因此连州为多雷区。从图1中雷暴日数分布和5年平滑线可以看出连州历年雷暴日数分布不均匀，最多雷暴日数年份为1975年107 d，最少雷暴日数年份为2008年46 d。在60年间，雷暴日数超出平均值的有32年，其中1954—1985年有25年超出平均值，尤其1967—1983年雷暴日数连续17年超过均值。雷暴日数少发期集中在1986—2013年，共有22年低于平均值，其中1998—2006年雷暴日数最少。雷暴日数的年际变化线性拟合趋势，通过了0.01显著性水平检验，可见1961—2013年连州年雷暴日数以每年0.44 d的速率显著减少，近60年来约减少了26 d，这与段海花等［7］研究粤东北部雷暴次数呈现逐渐减少的总趋势是一致的。

图1 1954—2013年连州市雷暴日数逐年变化

从年代际变化（表略）可以看出连州雷暴日数年代际间差异显著，从20世纪50年代到21世纪初，雷暴发生日数变化较大，20世纪 70年代最多，然后逐年递减，而进入21世纪以后，雷暴日数明显减少，年均为55.2 d。经过趋势分析，20世纪60年代到21世纪初雷暴日数倾向率均为负值，分别约以0.685、0.327、3.721、1.346和0.258 d/年的速率在下降。其中20世纪 80年代下降的趋势最为明显，而60、70年代和21世纪雷暴日数没有显著的减少趋势；20世纪50年代表现为明显的上升趋势，约以2.66 d/年的速率在上升。从总体趋势看，雷暴日数以每10年减少4.42 d的显著趋势下降，该趋势大致与广东省的平均水平（-0.48 d/年）［10］持平。

2.2 突变特征

对连州1961—2013年雷暴序列用M-K法［11］进行突变分析，结果见图2。

图2 连州市雷暴日数M-K突变检验

从图2中UF曲线的变化趋势可以看到，雷暴日数在20世纪80年代呈明显的下降趋势，90年代中期略为上升，从90年代后期持续下降，并在1986年左右超过了显著性水平为0.05的临界线。另外，从UF和UB曲线的交点位置可以确定雷暴日数在1995年出现了突变。

2.3 月、季变化

1954—2013年连州各月均有雷暴发生，平均月雷暴日数在0.1～16.6 d，月际之间雷暴日数相差较大。从月平均雷暴变化曲线（图略）可以看出，月变化曲线呈单峰型，峰值出现在8月（13.1 d）。其中3—9月为雷暴高发期，平均出现65.3个雷暴日，占全年雷暴日数的94.46%，最多为1975年的96 d，最少为2008年的38 d，其中又以夏季出现日数最多，占全年雷暴日数的50.67%，春季次之，冬季最少，仅占3.81%。10月至次年2月平均3.8 d，仅占全年雷暴日数的5.54%，其中1和12月最少，60年来出现的总日数分别为15和5 d，说明这2个月出现雷暴的可能性非常小。可见连州市雷暴活动具有明显的集中性和季节性分布的特点。

对比历年月平均降水量、气温变化曲线发现气温与雷暴分布状况基本一致（图略），呈现单峰型。计算历年月平均雷暴与降水量、温度之间的相关系数分别为0.81、0.80，均达到0.01（r0.01=0.80）的显著水平，月平均雷暴日数与降水、气温之间呈现明显的正相关，月平均雷暴日数与降水、气温有一定的相关性，表明水汽条件、热力条件对雷暴的形成是有利的。

2.4 雷暴初、终日特征

初雷、终雷是很重要的气候指标，连州初雷主要出现在每年的2月份，其次是3月份，分别占了43.3%、30%，最早一年是在1956年的1月2日，最晚一年是2011年的4月28日。终雷主要出现在每年的9月，其次是10月，分别占到了43.3%、26.7%，其中最早终雷是1991年9月4日，最晚是1989年12月31日。雷暴初、终日之间的日数称为持续期，初、终日的变化必然会造成持续期发生变化。连州1954—2013年雷暴持续期长，而雷暴持续期的气候倾向率为-0.03 d/年，年际差异变化大，平均为239 d，最长持续时间在2002年有340 d，持续时间最短的为169 d，发生在2011年，两者相差了171 d。

雷暴初、终日的保证率分析［12］是雷暴风险评估的重要指标，不同保证率的初、终日对雷暴的预警预报提供了一定的依据，对交通运输、旅游等行业具有重要意义。根据经验频率公式计算雷暴初、终日保证率：

其中，m为雷暴初（终）日，由后（前）向前（后）排列的序号；n为样本数60；P为保证率（%）。由公式定义可知，P越低的初雷日期前发生初雷概率越高，P越高的终雷日期前发生终雷概率越高［9］。计算得到不同保证率的可能初、终日如表1。

表1 连州雷暴初、终日（月-日）保证率

由表1可知，60年来连州雷暴初日出现较早，20%保证率出现在3月中旬，而80%保证率出现在2月初，说明连州市初雷大多出现在2月初到3月中旬。时间越推迟，不受雷暴危害的可靠程度越低，即雷暴出现的机率越大。连州雷暴结束时间较晚，90%保证率雷暴结束日期为11月下旬，20%保证率终雷日期在9月下旬，说明9月下旬雷暴结束的可能性很小，这一阶段特别要注意雷暴的发生。表1中雷暴保证率表明连州雷暴现象一年中任意时期都有可能发生，防雷减灾工作随时都要进行。

2.5 雷暴周期特征

通过对连州1954—2013年雷暴日数序列进行Morlet小波分析，从小波系数图3可知，连州市雷暴日数存在多重时间周期尺度上的嵌套结构现象，存在准2、准6和准10年的周期震荡。其中，准10和准6年周期震荡比较稳定，60年间始终存在；准2年周期主要表现在1993—2013年。在准10年的年代际时间变换尺度上，经历了1955—1965、1975—1985和1993—2003年雷暴偏多期；而在准6年的时间尺度上，则经历了1958—1965、1970—1976、1983—1988、1993—1998和2003—2008年的雷暴多发期。

图3 1954—2013年连州市年雷暴日数的小波分析时频分布

3 结论

1）连州市属于多雷区，1954—2013年平均雷暴日数为69.2 d，年际变化较大，最多为107 d，最小为46 d，年雷暴日数呈显著减少趋势，变化率为-044 d/年，1995年前后发生了突变。其阶段性变化明显，自20世纪60年代以来整体有下降趋势，高发年份主要集中在20世纪70年代至80年代，而雷暴少发期集中在1999—2013年。

2）连州市雷暴日数的月和季节变化明显，月分布呈单峰型，各月都有雷暴发生的可能。3—9月为雷暴高发期，10—次年2月为雷暴低发期。其中夏季最多、春季次之、冬季最少。多年平均雷暴日数序列与相应的降水、气温序列之间呈现明显的正相关。

3）连州初雷主要出现在2月，终雷主要在9月。初、终雷之间持续期相对较长，年际差异变化大，平均为239 d。连州雷暴80%保证率初雷都在 2月 2日，而80%保证率终雷在11月 16日。

4）近60年来，连州地区雷暴日数呈现弱的减少趋势，并存在多重时间周期尺度上的嵌套结构现象，存在准2、准6和准10年的周期震荡。

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［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）：156-182.

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Statistical Characteristics of the Number of Thunderstorm Days in Lianzhou City in 1954—2013

RUAN Chu-wen，DENG Fu-xing，LI Shɑo-yuɑn
（Meteorological Bureau of Lianzhou City，Lianzhou 513400）

With the observational data of thunderstorms of Lianzhou from 1954 to 2013 and the methods of Mann-Kendall test，regression analysis and wavelet analysis，we studied the characteristics of climatological variation of thunderstorms in the city.The result is shown as follows.The average number of thunderstorm days in the years is 69.2 d and it decreases significantly at a rate of 0.44 d per year.An abrupt change took place in 1995，as shown in Mann-Kendall tests.In Lianzhou，thunderstorms can occur all the year round，with the monthly distribution in a unimodal pattern，but mostly in summer while scarcely in winter.The annually first thunderstorm is mainly in February and the last thunderstorm in September，which makes a relatively long period of occurrence.As shown in wavelet analysis，the number of thunderstorm days fluctuates at periods of quasi-2，quasi-6 and quasi-10 years.

number of thunderstorm days；climatological characteristics；wavelet analysis；Mann-Kendall test；Lianzhou City

P46

A

10.3969/j.issn.1007-6190.2016.05.007

2016-03-22

阮楚雯（1990年生），女，助理工程师，主要从事天气预警预报服务。E-mail：864686032@qq.com

阮楚雯，邓福兴，李少远.1954—2013年连州市雷暴日数的统计特征［J］.广东气象，2016，38（5）：29-32.