含山县雷暴时空分布规律分析

奚立信++胡敬喜++洪高卫++王鹏

摘要 利用1960—2010年含山县逐日雷暴资料，统计出历年雷暴日数并建立时间序列，夏季雷暴最多，尤其7—8月达到高峰，占全年56%；16：00—17：00最易出现雷电活动；雷暴活动频繁，初日早，终日晚，雷暴期长。通过趋势分析、0.01显著性检验、M-K突变检验等方法进行分析，结果表明：含山县雷电日数存在显著减少趋勢，为-3.3 d/10年；雷电日数在1974年开始发生突变。利用近4年（2006—2009年）安徽省闪电点定位资料（LD-Ⅱ型雷电探测系统），对含山县雷电空间分布规律进行分析，制作雷闪密度图、雷电流强度图；含山县雷闪密度高值区在清溪镇到环峰镇，呈西南至东北走向。雷电流强度高值区出现在仙踪镇、昭关镇及铜闸镇；雷闪密度分布与雷电流强度分布相反。

关键词 雷暴；时空分布；线性趋势；突变检验；安徽含山

中图分类号 P446 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2016）24-0230-03

含山县地处长江下游北岸，位于巢湖之滨，地形地貌起伏较大，地势西北高、东南低，中北部主要是丘陵、山岗，南部为长江冲积平原。由于其独特的地理环境和地形特点，气象灾害特别是雷电灾害严重。全县每年发生数十起雷电伤亡和财产损毁事故，经济损失达数十万元。因此，开展含山县雷暴的时空分布规律的研究，对于做好全县的防雷减灾、雷电监测、预警、气象灾害风险评估等具有重要意义。

1 资料与方法

1.1 资料选取

选用1960—2010年含山县气象观测雷暴资料及2006—2009年安徽省LD-Ⅱ型闪电定位资料，作为统计分析对象。

1.2 分析方法

采用Excel、Surfer、ArcGIS软件，对1960—2010年含山县气象观测逐日雷暴资料及2006—2009年安徽省LD-Ⅱ型闪电定位资料进行统计分析。对1960—2010年含山县雷暴日数进行线性趋势分析，并作Mann-Kendall检验。

2 结果与分析

2.1 时间分布规律

2.1.1 雷暴的年际分布规律。含山县年均雷暴日为32.2 d，最多年份达60 d（1963年），最少年份为17 d（1999年）。雷暴的年际变化总体呈波浪式下降，且年际变化差异较大：1960—1999年雷暴日数有比较明显的下降趋势，2000—2005年雷电日数呈平滑上升趋势，2006—2010年趋于正常（图1）。

2.1.2 雷暴的季节分布规律。雷暴主要发生在春、夏2季，约占全年雷电的91%，其中春季（3—5月）占全年雷电日数的22%。夏季（6—8月）为雷电高发期，占全年雷电的69%。秋季（9—11月）占全年雷电的9%。冬季（12月至次年2月）不足0.5%（图2）。

2.1.3 雷暴的月分布规律。含山县全年各月均有雷暴发生，雷暴集中出现在3—9月，在1—2月和12月出现较少。从3月开始活跃，7—8月为高峰期，占56%。其中，7月为最多，达30%；8月次之，占26%；9月开始锐减至7%。其主要原因是：12月至次年2月含山县上空基本上为一致的西北气流，地面为北—东北风，气候干燥，很少发生雷电天气。当高空槽和地面气旋诱导的强冷空气急速南下，遇暖湿气流，产生雷电。3—5月南支槽比较活跃，槽前西南气流把南方的暖湿空气不断输送到江淮地区，冷暖空气在含山县上空交汇，雷电活动日趋活跃；6—8月西太平洋副热带高压增强西伸，6—7月为江淮的梅雨季节，含山县处在副高边缘，冷暖空气频繁交汇引发大量雷电。出梅后，在副热带高压控制下，温度高，湿度大，又处于巢湖东侧，水汽充沛，午后到夜间极易产生局地强对流天气；7—8月，由于受副热带高压短期变化的影响，对流活动最为活跃，所以是雷电活动的高峰期；9月为过渡季节，10—12月雷暴较少出现（图3）。

2.1.4 雷暴的日分布规律。含山县雷电呈现出明显的日变化，在每个时段都有可能出现。8：00—12：00出现的较少，12：00后雷电出现的日数明显增加，在16：00—17：00达到最大值，出现雷电的概率为26%，这与午后太阳辐射强烈，地面温度最高，地面长波辐射增强并加热空气，使气团易对流上升有关（图4）。

雷暴日变化在不同季节也有差异，春季各月夜间多于白天，12：00前后出现最少。夏季各月雷电日变化趋势与全年平均一致，而下午的高峰期更为突出。

2.1.5 雷暴的初日、终日、雷暴期。含山县雷暴最早出现在1月5日（2000年），历年平均初雷日为3月8日；最晚出现在12月31日（1996年），历年平均终雷日为9月24日；雷暴期最长275 d（1996年），最短122 d（2001年），雷暴期最长与最短相差1倍以上；历年平均雷暴期203 d。由此可见，含山县雷暴活动频繁，初日早，终日晚，雷暴期长。

2.2 雷暴的空间分布规律

2.2.1 雷暴的移动方向。从含山县雷暴的初始和终止方向统计表（表1）中可看出，雷暴的初始方向以SW、W方向为最多，以E和天顶为最少（图5）。终止方向以SW、S、SE方向为最多，以NE和天顶为最少（图6）。

2.2.2 雷闪密度空间分布规律。含山县境内雷闪密度为中间高[1]，南北较低，高值区在清溪到环峰镇，呈西南至东北走向，是雷闪密度最大区域；雷闪密度次大区域在苍山、太湖山一线及昭关山一带，主要与地形地貌有关，基本与山脉走向一致（图7）。有2个低值区：一个在在仙踪至昭关一线；另一个在运漕到铜闸一线。

2.2.3 雷闪强度的空间分布规律。含山县雷闪强度有3个高值区和2个低值区（图8）。最大区出现在仙踪镇、昭关镇及铜闸镇；最低值出现在运漕镇、环峰镇。雷闪强度与雷闪密度分布相反[2]。

2.3 线性趋势分析

由线性方程y=a+bx，利用最小二乘法求得回归系数b=（∑xy-nxy）/（∑x2-nx2），a=y-bx，同时得到趋势方程为：y=685.666 31-0.329 22x，线性倾向率为-3.3 d/10年，得出含山县1961—2010年雷暴日数呈减少趋势[3]，每10年减少3.3 d（图9）。

2.4 Mann-Kendall检验

2.4.1 Mann-Kendall趋势检验。计算公式如下：

Z=（S-1）/■，S>00，S=0（S+1）/■，S<0

在双边趋势检验中，对于给定的置信水平α，若|Z |≥Z1-a/2，则原假设H0是不可接受的，即在置信水平α上，时间序列数据存在明显的上升或下降趋势[4-6]。Z为正值表示增加趋势，负值表示减少趋势。|Z |≥1.28、≥1.64、≥2.32时表示分别通过了信度90%、95%、99%的显著性检验。S=349-830=-481，由n=50，得Var（S）=n×（n-1）×（2n+5）/18=14 291.67。由公式Z=（S+1）/■，S<0，得Z= -4.02<0，可知含山县雷电呈下降趋势，且|Z|>2.32，通过了99%显著性检验。

2.4.2 非参数Mann-Kendall法突变检验。计算公式如下：

Sk=■ri（k=2，3，…，n）；ri=1，xi>xj0，xi≤xj（j=1，2，…，n）

在时间序列随机独立的假定下，Sk的均值和方差分别为：

E[Sk]=k（k-1）/4，Var[Sk]=k（k-1）（2k+5）/72，1≤k≤n，得标准化的UFk=■，其中UF1=0。给定显著性水平α，若|UFk|>Uα，则表明序列存在明显的趋势变化。所有UFk可组成一条曲线。将此方法引用到反序列，则反序列UBk= -UFk，i′=n+1-i，其中UB1=0。从UF和UB曲线交点的位置确定，含山县雷暴日数在1970年代的减少是一种突变现象，具体开始时间在1974年发生突变（图10）。

3 结论

（1）含山县年均雷暴日为32.2 d，属多雷地区。雷暴年变化呈下降趋势，每10年约减少3.3 d，并通过0.01显著性检验。

（2）含山县雷电主要发生在夏季和春季，约占全年雷电的91%左右，其中夏季（6—8月）为雷电高发期，占全年雷电的69%；春季（3—5月）占22%，秋季（9—11月）占9%，冬季（12月至次年2月）不足0.5%。雷电主要发生在7—8月，4—6月、9月次之。雷电最早出现在2000年1月5日，最晚出现在1996年12月31日。雷电的日变化规律十分明显，主要发生在午后，在16：00—17：00出现频率最高。含山县雷暴初日早、终日晚，雷暴期长。雷电开始和终止方向均以西南方向为主，这与含山县濒临巢湖，处在巢湖偏东方向，巢湖为含山县区域的雷电提供了水汽、热动力条件有关。

（3）含山县域内雷闪密度和雷闪强度空间分布不均。雷闪密度为中间高、南北较低，雷闪密度最大区域在清溪镇到环峰镇一带，呈西南至东北走向；雷闪密度次大区域在苍山、太湖山一线及昭关山一带，基本与山脉走向一致，主要与地形地貌影响有关。有2个低值区，一个在仙踪至昭关一线；另一个在运漕到铜闸一线。

含山县雷闪强度有3个高值区和2个低值区。最大区域出现在仙踪镇、昭关镇及铜闸镇；最低值出现在运漕镇、环峰镇。雷闪密度与雷闪强度分布相反。

（4）通过Mann-Kendall趋势检验，含山县雷电呈减少趋势，|Z|>2.32，通过了99%显著性检验。在突变分析中，含山县雷暴在1974年开始发生突变。

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