張 建,李健麗,黃曉華,李新豫
(阿勒泰地區(qū)氣象局,新疆阿勒泰 836500)
新疆阿勒泰地區(qū)雷暴時空分布特征分析
張 建,李健麗,黃曉華,李新豫
(阿勒泰地區(qū)氣象局,新疆阿勒泰 836500)
利用阿勒泰地區(qū)7個氣象站1961—2010年雷暴觀測資料,采用線性趨勢、變異系數(shù)、Morlet小波分析等方法對該地區(qū)近50a雷暴的時空分布及變化特征進行分析,結果表明:近50年阿勒泰地區(qū)雷暴的月變化呈單峰型分布,7月為峰值,5—8月為雷暴集中發(fā)生期;該地區(qū)年雷暴由西南向東北逐漸減少,西部多于東部;雷暴大致呈減少趨勢,年際波動較大;1980年代以前,雷暴以8a為顯著周期,1980年代后13a周期最為顯著。
雷暴;時空分布;顯著周期;阿勒泰地區(qū)
雷暴是大氣層結不穩(wěn)定并產(chǎn)生強烈的對流時,云與云或云與地之間的放電過程,常伴有強烈的雷電活動以及大風、暴雨和冰雹等,是夏季的主要氣象災害之一[1-2]。雷電災害是 “國際減災十年委員會”公布的最嚴重的十種自然災害之一[3]。早在80年代初中國氣象學者就開始對雷暴活動作了一些研究和探討。陳思蓉等[4]對中國雷暴發(fā)生概率的空間分布和影響雷暴發(fā)生的因子等做了詳細分析;針對西北地區(qū)的雷暴活動,李照榮[5]等分析指出,西北地區(qū)雷暴夏季最強,春秋次之,冬季幾乎無雷暴發(fā)生;馮建英[2]等認為西北地區(qū)雷暴在空間分布上高原和高山雷暴最多,平川和盆地最少。新疆的不少學者也針對當?shù)乩妆┑臍夂蛱卣鳌r空變化等作了大量的研究[6-12],但以上研究都有一定的地域性,關于阿勒泰地區(qū)雷暴的氣候特征研究的還較少,本文針對該區(qū)域的雷暴特征展開研究,給出該區(qū)域雷暴的時空分布及時間演變特征,以期能夠?qū)υ搮^(qū)域的防雷減災提供科學依據(jù)。
采用阿勒泰地區(qū)7個國家級氣象站 (阿勒泰、吉木乃、哈巴河、布爾津、福海、富蘊、青河)1961—2010年逐月雷暴觀測資料,以20時為日界,24h內(nèi)只要記錄有雷暴即為一次雷暴(次),全區(qū)總雷暴頻次為各站之和 (站次),全區(qū)平均雷暴頻次為7站平均 (次);氣候均值計算時段為1961—2010年。根據(jù)該地區(qū)氣候及農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)特點,11月至翌年3月劃分為冬季,4—5月為春季,6—8月為夏季,9—10月為秋季。
采用線性回歸、變異系數(shù)、Molet小波變換等方法[13-15],對阿勒泰地區(qū)近50a雷暴進行統(tǒng)計分析。
采用克里格插值方法,繪制近50a阿勒泰地區(qū)雷暴頻次空間分布圖 (圖1),總體表現(xiàn)為:由西南向東北逐漸減少,西部 (吉木乃、哈巴河、布爾津)多于東部 (富蘊、青河)。吉木乃年平均雷暴頻次為21.8次,居全地區(qū)之首,這主要是因為吉木乃夏季午后易產(chǎn)生對流天氣造成的[12-15];其次為哈巴河,雷暴頻次為18.4次;富蘊最少,僅10.9次。
圖1 1961—2010年阿勒泰地區(qū)年均雷暴頻次空間分布
阿勒泰地區(qū)平均雷暴頻次的月變化總體呈單峰型分布,各站分布基本與全區(qū)平均一致 (圖略)。5—8月為雷暴集中發(fā)生期;7月雷暴最多,月平均6.7次,占全年雷暴頻次的41%;6月次之,平均雷暴頻次為4.4次,占全年雷暴頻次的27%;第三是8月,3.6次,占全年雷暴頻次的22.4%。冬季幾乎沒有雷暴發(fā)生 (3月個別站發(fā)生雷暴);4月、9月和10月全區(qū)平均雷暴頻次各站都不足1次。
表1為近50a來阿勒泰地區(qū)年雷暴頻次極值的分布情況??梢钥闯?,阿勒泰地區(qū)年雷暴頻次最多的年份為20世紀60年代 (青河出現(xiàn)在70年代),其中吉木乃站最多為41次,最少為富蘊站,僅26次。雷暴頻次最少的年份相對分散,哈巴河、吉木乃、布爾津、青河各站均出現(xiàn)在20世紀70年代,阿勒泰、富蘊兩站出現(xiàn)在21世紀初,福海站在20世紀80年代。其中最少的站為富蘊站,僅1次雷暴。
表1 1961—2010年阿勒泰地區(qū)年雷暴頻次極值分布
表2為阿勒泰地區(qū)各站各月雷暴頻次的氣候傾向率,從線性變化趨勢看,全區(qū)平均雷暴頻次大致呈減少趨勢。近50a來,全區(qū)平均雷暴頻次以1.82次/10a的速率遞減;吉木乃減少趨勢最為顯著,達2.74次/10a;其次為福海,為2.31次/10a;布爾津減少趨勢最緩,為0.96次/10a。各站的線性趨勢均通過α=0.05的顯著性檢驗。
表2 1961—2010年阿勒泰地區(qū)各站雷暴頻次線性趨勢 次/10 a
對7站各月雷暴頻次線性傾向率的分析表明,僅雷暴較少的4月和9月無明顯的增、減趨勢特征,其余各月雷暴均呈一致減少趨勢。5月僅福海站通過α=0.05的顯著性檢驗;6月吉木乃、青河通過顯著性檢驗,其中吉木乃的減少速率最大,其次為青河;7月除布爾津外,各站均通過α=0.05的顯著性檢驗,阿勒泰減少速率最大,為1.11次/10a,布爾津僅為0.32次/10a,減速最為緩慢;8月吉木乃的減少速率最大,為0.63次/10a,通過顯著性檢驗,其余各站均未通過α=0.05的顯著性檢驗。全區(qū)平均與各站各月變化趨勢基本一致,4月增加趨勢不顯著,僅6月、7月通過顯著性檢驗,其中7月減少速率最大。
表3 1961—2010年阿勒泰地區(qū)雷暴頻次的變異系數(shù)
圖2為阿勒泰地區(qū)年平均雷暴頻次的年際和年代際變化曲線圖。從圖2可以看出,阿勒泰地區(qū)雷暴頻次年際波動較大,雷暴出現(xiàn)最多年為1976年,達28.1次,最少年為1974年,僅有8.9次,20世紀70年代雷暴頻次變化最為劇烈。進入21世紀以來,除2005年雷暴頻次超過歷年平均外,其余各年均在平均值以下波動。50a中年雷暴頻次超過25次的只有5a,分別為1961、1963、1973、1976和1984年;而全年不足10次的年份僅有2a,分別是1974年和1997年。
從年代際變化來看雷暴頻次呈逐年代減少趨勢。60年代最多,達21.2次;90年代以前雷暴頻次均在平均值以上波動;2000年代后,雷暴銳減,僅為13次,與60年代相差達7.8次。
為了進一步研究近50a來阿勒泰地區(qū)雷暴的變化周期,對其時間序列進行小波分析。圖3為1961—2010年阿勒泰地區(qū)年平均雷暴頻次Morlet小波系數(shù)實部,圖中正值表示雷暴偏多期,負值表示雷暴偏少期。等值線的疏密及絕對值大小反映了雷暴頻次的震蕩強度 (振幅大?。┘爸芷谛盘柕膹娙?。由圖可見,阿勒泰地區(qū)雷暴頻次存在準32a的長周期,在此周期上主要經(jīng)歷了 “少—多—少—多”的交替演變,但并不顯著。1960年代到1970年代,雷暴頻次以8a周期最為顯著;1980年代到2000年代以13a周期最為顯著,并且在這個時期雷暴頻次存在 “少—多—少—多—少”的交替演變,1980年代初、1990年代中期和2000年代后期雷暴為偏少時段,1980年代中期到1990年代初、1990年代后期到2000年代初為雷暴偏多時期。
圖3 1961—2010年阿勒泰地區(qū)雷暴頻次Morlet小波變換系數(shù)實部分析
(1)阿勒泰地區(qū)雷暴頻次的月變化呈單峰型分布,以7月為峰值,5—8月為雷暴集中發(fā)生期。雷暴頻次最多的年份,除青河為70年代外,各站均為60年代,其中吉木乃最多。雷暴出現(xiàn)最少的年份相對分散。
(2)阿勒泰地區(qū)年雷暴空間分布總體表現(xiàn)為:由西南向東北逐漸減少,西部多于東部。吉木乃平均雷暴頻次居全區(qū)之首,這主要是因為吉木乃夏季午后易產(chǎn)生對流天氣造成的;富蘊雷暴為全地區(qū)最少。各月雷暴頻次的空間分布與年平均雷暴頻次的空間分布基本相同。
(3)全地區(qū)雷暴大體呈減少趨勢。近50a來,全地區(qū)平均雷暴頻次以1.82次/10a的速率遞減,吉木乃減少趨勢最為顯著,其次為福海,布爾津減少趨勢最緩。雷暴頻次的年際波動較大,空間分布較多的地區(qū),年際變化較小,而雷暴較少的地區(qū),年際變化卻較大。雷暴呈逐年代減少趨勢,60年代最多,2000年代最少。
(4)Morlet小波分析表明,1980年代以前,雷暴頻次以8a周期最為顯著,1980年代以后13a周期最為顯著,并且在這個時期雷暴頻次存在 “少—多—少—多—少”的交替演變,1980年代初、1990年代中期和2000年代后期雷暴為偏少時段,1980年代中期到90年代初、1990年代后期到2000年代初為雷暴偏多時期。
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2014-02-13
張建 (1970—),男,漢族,青海西寧人,助理工程師,從事防雷檢測及研究。