1964—2013年河源地区雷暴日特征分析

陈妙君，武雪沁，郑嘉雯，赖晓玲，杜浪锋

（1.河源市气象局，广东河源 517000；2.上海市气象信息与技术支持中心，上海 200030；3.广州市气象台，广东广州 511430）

雷暴是温带和热带地区常见的局地强对流天气，其发生时间短、灾害程度重，发生时常伴随有雷击、闪电、强风和强降水，易造成社会经济和人民财产的重大损失。已有不少学者对广东雷暴活动的相关特征进行了研究，并指出近几十年来平均雷暴频数在波动中总体呈现减少趋势［1－5］。河源市属于亚热带季风气候，全年高温日数多，降水时空分布不均匀，容易产生热对流天气系统，属于雷暴高发区［6］。2014年我国取消了人工观测雷暴日业务，用闪电定位探测资料替代人工观测的雷暴日［7－8］，闪电定位仪能对闪电的生成进行较精准的定位，从而提高对雷电活动情况探测的效率和准确性。但由于人工观测雷暴日数仍然是地方雷暴活动唯一长时间记录数据，所以仍然是分析雷暴变化规律及特征的重要基础。更为客观的闪电定位探测资料是代替主观人工观测资料的必然趋势，而目前关于闪电定位数据的研究较少。

本研究首先利用长时间序列的人工观测雷暴日数据，对河源市1964—2013年雷暴日的年变化规律进行分析，找出其时间上的突变点和地理上的差异；其次，为使雷暴日仍可作为后续河源市雷电防护的基础数据，本研究利用闪电定位仪资料作为补充，对比分析了其与人工观测雷暴日在重合时段的季节变化特征，为进一步研究河源市本地雷暴天气的发生发展规律提供有力支持和科学依据。

1 数据及方法

本研究采用河源市气象台站1964年1月—2013年12月逐月雷暴日数的历史观测资料，以及由广东省气象探测数据中心提供的2012年1月—2013年12月闪电定位资料。该闪电定位系统可实时测量并记录云地闪发生的时间、经纬度、闪型、强度等参数。在统计方法上，一天内只要听到至少一次雷声即认为是一个雷暴日，同理在一天内监测到至少一次闪电发生即统计为一个雷电日。

Mann-Kendall（M-K）检验法常用于分析气象要素等时间序列事件的变化趋势，其不受样本分布影响、不受少数异常值干扰，故广泛应用于气候参数的特征分析中［9－10］。M-K法定义了UF、UB统计量，分别表示按顺序和逆序时间序列排列；若曲线UF和UB的交叉点位于临界线（一般取95%的置信水平）之间，则该交点对应的时刻为突变开始的时间。当UF超过临界线时，表示存在较显著的变化；其中若UF的值大于0则序列呈增长变化趋势，反之则呈减少趋势。

2 结果与分析

2.1 年际变化

从河源市近50年的逐年雷暴发生日数来看，河源市每年的雷暴日数差别较大，年平均雷暴日为71.3 d。年雷暴日数最多的年份是1983年，为112 d；而最少的年雷暴日数出现在2008年，为42 d。由图1可以看出，近50年来年雷暴日数跨度很大，年雷暴日数的气候倾向率为－0.622 6 d／年，反映出河源市区年均雷暴日数呈现递减的变化趋势，且下降比较明显。同时，对4个县的逐年雷暴日数进行了相应的统计分析，发现各县的雷暴日数变化趋势线均反映出其雷暴日数随时间呈现出缓慢减少的变化趋势，龙川县、紫金县、连平县和和平县的气候倾向率分别为－0.336 9、－0.818 7、－0.480 7和－0.807 1 d／年。结果表明，紫金县、和平县的雷暴日数随时间下降的趋势大于河源市区，而龙川县、连平县的雷暴日数随时间下降的趋势小于河源市区。通过分析发现，雷暴日数随时间下降趋势较大的紫金县及和平县在统计时间内的最大年雷暴日数为125和118 d，均发生在1975年，超过河源市区统计时间内的最大年雷暴日数。

图1 河源市区逐年雷暴日数统计

图2a给出了河源市区雷暴日数的M-K突变检验结果，可以看出1964—1985年之间雷暴日数呈波动变化，UF和UB的交点出现在1988年前后，且位于0.05临界线之间，表明该年雷暴日数出现突变。1985年雷暴日数的UF值为0，表明该年雷暴日数接近于平均值。1985年之后UF均为负值，且随着时间其绝对值逐渐增大，反映出河源市区的雷暴日数在近25年呈下降趋势，且下降较为显著。结合对应的周期距平值（图2b）可知，1964—1988年间25年的雷暴日数均为正距平，说明年雷暴日数总体高于平均值；而近25年（1989—2013年）年平均雷暴日数总体表现为负距平，即年平均雷暴日数总体低于平均值。

图2 河源市区雷暴日数的M-K突变检验（a）和距平变化（b）

由此发现，年平均雷暴日数的距平变化趋势与M-K检验结果相符合，即近25年市区雷暴日数由增加转为明显的下降趋势。4个县雷暴日数的年际突变时间与市区接近，集中在1982—1992年之间，突变之后年雷暴日数降低明显。为延续雷暴日这一能代表区域雷电历史气候状况的宝贵数据，可以用闪电定位数据来补充人工观测雷暴日数据。

2.2 雷暴日与雷电日季节变化

考虑到2012—2013年为河源市雷暴数据和闪电数据的重合时段，将2012—2013年年平均雷暴日数和年平均雷电日数按月划分，并作出季节变化图（图3），可以看到闪电发生的月际变化规律与人工观测雷暴日的月变化特征相似，总体呈现出明显的单峰型特征，但是两者差距较大，其中雷暴和雷电日数发生最多的时间均在7、8月，这两个月的雷电日数高达25～26 d，雷暴日仅为1／2。人工观测雷暴日主要靠辨识雷声进行记录，而雷声传播最多达到20 km，因此地形地势、观测时间、环境噪音影响、观测人员听力等问题都会影响雷暴日记录的准确性［11－12］。而闪电定位仪是一种覆盖范围较广的自动化探测设备，其探测精度较高，处理的闪电放电数据相对较客观，但设备自身及城市环境也可能影响监测效果［13］。分析发现闪电定位仪得到的雷电日数明显大于人工雷暴日数，主要有两种原因：（1）当云地闪发生的地点离观测站较远或者强度小、时间短时，可能没有进行人工记录；（2）当其他地方发生的闪电次数较多或者强度较强时，会导致闪电定位仪产生定位误差，从而误记为本地上空发生的闪电。

图3 2012—2013年河源市雷暴日及雷电日数季节变化

通过对不同区域数据对比发现，市区雷暴日数在春季高于4个县，紫金县在4个县各个季节中的雷暴日数都是最高的。春季由于受到锋面低槽等西风带天气系统的影响，河源市雷暴活动从3月起逐渐活跃，为一年中雷暴活动的开始期。夏季发生雷暴的次数几乎占据全年雷暴日数的1／2，充沛的水汽条件和热力条件为雷暴生成提供必要环境，同时受到西南季风、台风以及河源本地的“城市热岛效应”的影响，较容易形成局地强对流天气，而7、8月是一年中雷暴活动发展最为旺盛的时期。秋冬季河源市转受大陆高压天气影响，雷暴活动开始缓慢减弱。综上可知，河源市雷暴与雷电分布具有季节性强、高度集中的特征，因此进行防雷减灾时，需着重考虑春夏季。

3 结论

1）河源市市区及各县的雷暴日数在近50年里都呈现出缓慢减少的变化趋势，其中紫金县及和平县的下降趋势最为明显。M-K突变检验结果表明河源市区雷暴日数在1988年前后发生突变，1988年之后雷暴日数总体由高于平均值转为低于平均值；而河源市4个县雷暴日数的年际突变时间集中在1982—1992年之间，在突变时间之后市区和县城年雷暴日数均转为较明显的下降趋势。

2）河源市全年各季均有雷暴发生，且雷暴发生日数均集中在夏季，其次为春季，秋冬季最少。由闪电定位仪数据得到的雷电日与人工雷暴日的月变化基本一致，但雷电日数远大于雷暴日数，可能与人工记录缺失或闪电定位仪误记有关。

综上所述，本研究得出的结论能为河源市采取相应有效的雷暴灾害防御措施，进一步完善雷电监测预警系统和制定雷电灾害风险评估提供有力的理论支撑；有利于更好地利用闪电定位数据推进今后的防雷工作，改善雷暴监测预警、防灾减灾等工作的开展。