基于Originpro 8.0與小波分析的雷暴日資料的特征探究

王小飛，郭德均，喻 潛，尹登峰，余田野（.湖北省防雷中心；.竹山縣氣象局，武漢，430074）

基于Originpro 8.0與小波分析的雷暴日資料的特征探究

王小飛1，郭德均2，喻 潛1，尹登峰2，余田野1
（1.湖北省防雷中心；2.竹山縣氣象局，武漢，430074）

本文基于圖形可視化分析軟件Originpro 8.0與小波分析對(duì)竹山縣雷暴日的資料進(jìn)行了分析，繪制了52年來(lái)的竹山縣雷暴日的變化趨勢(shì)，得到了雷暴日的振蕩周期。

雷暴日；Originpro 8.0；小波分析

1 利用Originpro 8.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)資料進(jìn)行分析

雷暴日的氣候趨勢(shì)系數(shù)（rxt）由公式（1）求得，該系數(shù)（rxt）可以了解雷暴日在長(zhǎng)期氣候變化中升降的定量程度：

式（1）中xt表示第t年雷暴日，n為年數(shù)，表示年雷暴日平均值，=（n+1）/2， rxt的正（負(fù)）值表示該要素在此時(shí)間序列中升（降）趨勢(shì)的大小。若rxt＞0，表明年雷暴日有上升趨勢(shì)，rxt越大上升趨勢(shì)越強(qiáng)；若rxt＜0，表明年雷暴日有下降趨勢(shì)，rxt值越小下降趨勢(shì)越強(qiáng)。

利用Originpro 8.0繪制某一單一要素52年來(lái)變化的擬合直線，求得該元素的線性回歸趨勢(shì)方程，其表達(dá)式為：

式中回歸系數(shù)a表示雷暴日的氣候趨勢(shì)傾向，a＞0說(shuō)明隨時(shí)間增加呈上升趨勢(shì)，a＜O說(shuō)明隨時(shí)間增加呈下降趨勢(shì)，a的大小反映了上升或下降的速率，本文把lOa稱為氣候傾向率。通過(guò)F=r2xt（n-2）/（1- r2xt），計(jì)算求得F值，最后利用Originpro 8.0 中Prob＞F在值來(lái)判斷該要素52年來(lái)的變化趨勢(shì)是否明顯，即如果該數(shù)值小于0.05就認(rèn)為差異顯著，小于0.01差異極顯著，大于0.05的差異不顯著。最后利用小波分析對(duì)其52年來(lái)的各年雷暴日演變規(guī)律進(jìn)行分析。

2 資料分析結(jié)果

2.1雷暴初雷日變化

根據(jù)1961～2012年竹山縣氣象臺(tái)站歷年初雷日日期資料，計(jì)算出平均初雷日，并利用Originpro 8.0繪制近52年來(lái)的變化趨勢(shì)線，并繪制圖1，計(jì)算出其回歸系數(shù)（b）、氣候傾向率（10a）、F值以及Prob＞F值，得出表1。

圖1　 竹山縣年平均雷暴初雷日天數(shù)變化情況（1961～2012年）

表1　竹山縣平均雷暴初雷日氣候傾向率和變化趨勢(shì)（1961～2012年）

根據(jù)Originpro 8.0所得其氣候傾向率（10a）為-0.215，即每10年提前0.215天，根據(jù)Prob＞F值為0.915，該值大于0.05，說(shuō)明該變化趨勢(shì)并不明顯，即近52年來(lái)的初雷日整體有提前趨勢(shì)，斜率較小變化不明顯。

2.2雷暴終雷日變化

根據(jù)1961～2012年竹山縣氣象臺(tái)站歷年終雷日日期資料，計(jì)算出平均終雷日日期，利用Originpro 8.0繪制近52年來(lái)的變化趨勢(shì)線，繪制圖2，并計(jì)算其回歸系數(shù)（b）、氣候傾向率（10a）、F值以及Prob＞F值，得出表2。

圖2　 竹山縣年平均雷暴終雷日天數(shù)變化情況（1961～2012年）

表2　竹山縣平均終雷日氣候傾向率和變化趨勢(shì)（1961～2012年）

根據(jù)Originpro 8.0所得其氣候傾向率（10a）為-5.977，即近52年來(lái)平均每10年提前5.977天，根據(jù)Prob＞F值為0.048，該值小于0.05，說(shuō)明該變化趨勢(shì)明顯。近52年來(lái)雷暴日終雷日有明顯提前趨勢(shì)，該趨勢(shì)變化明顯。

2.3雷暴日年際變化

根據(jù)該臺(tái)站近52年來(lái)雷暴日資料，計(jì)算出52年來(lái)平均年雷暴日情況，計(jì)算其回歸系數(shù)（b）、氣候傾向率（10a）、F值以及Prob＞F值，得出表3。

圖3　 竹山縣年平均雷暴年日天數(shù)變化情況（1961～2012年）

表3　竹山縣平均年雷日氣候傾向率和變化趨勢(shì)（1961～2012年）

根據(jù)Originpro 8.0所得其氣候傾向率（10a）為-2.902，即近52年來(lái)平均每10年減少2.902天，用Prob＞F值檢驗(yàn)，該值為1.34E-5遠(yuǎn)小于0.01，說(shuō)明該變化趨勢(shì)非常明顯。

2.4雷暴日季節(jié)變化

根據(jù)該臺(tái)站歷年來(lái)雷暴日資料，計(jì)算出52年來(lái)平均月雷暴日情況，繪制圖4，計(jì)算春季和春夏季站全年雷暴日的百分比，繪制圖5，利用Originpro 8.0繪制變化趨勢(shì)線，可得表4。

圖4　 竹山縣月平均雷暴終日天數(shù)分布（1961～2012年）

圖5　 竹山縣年平均春夏兩季月雷暴日占全年的百分比（1961～2012年）

從圖4可以得出該臺(tái)站在1月份從來(lái)沒有發(fā)生過(guò)雷暴，12月份也僅有一年發(fā)生過(guò)雷暴，其他月份均有九次及以上的雷暴發(fā)生，雷暴主要發(fā)生春夏兩季，整體月分布呈雙峰形式分布，第一次高峰在4月，主峰是在7月，也是整個(gè)雷暴日月份分布的峰值，8月過(guò)后就就迅速較少。通過(guò)分析52年來(lái)春夏兩季雷暴日數(shù)據(jù)可得，春季發(fā)生雷暴日數(shù)平均占全年的24.14%，春夏兩季占全年的92.59%，在過(guò)去的52年里有9次全年的閃電都發(fā)生在春夏兩季。根據(jù)52年來(lái)，春夏兩季全全年雷暴日天數(shù)的百分比變化趨勢(shì)，可以看出沒有明顯的增加或減少，其中春季所占百分比稍有增加，增加趨勢(shì)不明顯。根據(jù)Originpro 8.0計(jì)算所得氣候變化率和F值等，可得表4。

表4　竹山縣平均春夏兩季雷暴日氣候傾向率和變化趨勢(shì)（1961～2012年）

根據(jù)表4，分析可得春季雷暴日數(shù)平均每10年減少0.290天，減少趨勢(shì)不明顯，但春季雷暴日天數(shù)占全年的百分比的比例略有增加，增加趨勢(shì)不明顯；夏季雷暴日減少趨勢(shì)顯著，平均每10年減少2.385天，占全年減少總量的82.18%，是造成全年雷暴日減少的最主要原因；春夏兩季平均每10年減少2.675天，占全年減少量的92.18%，是造成全年雷暴日減少的決定性因素。

2.5雷暴日夏季各月份變化

根據(jù)表4，可知全年82.18%雷暴日減少量發(fā)生在夏季，根據(jù)該臺(tái)站52年來(lái)雷暴日資料，分析夏季6、7、8月雷暴日的變化情況，如表5。

表5　竹山縣夏季各月份雷暴日氣候傾向率和變化趨勢(shì)（1961～2012年）

由表5，可以得出6月份雷暴日減少不明顯，每10年減少0.427天；7月份雷暴日天數(shù)有明顯的減少，每10年減少0.803天；8月份的減少量最為顯著，每10年減少1.111天；8月份雷暴日的減少是造成夏季雷暴日的減少主要原因。

3 利用小波分析對(duì)雷暴日的周期變化特征進(jìn)行分析

利用小波分析對(duì)竹山臺(tái)站1961～2012年歷年雷暴日演變規(guī)律進(jìn)行分析結(jié)果顯示，年雷暴日變化存在多時(shí)間尺度結(jié)構(gòu)，其序列分別在11年和17年左右的時(shí)間尺度上呈現(xiàn)比較明顯的正負(fù)閉合中心，即表明在近52年內(nèi)，雷暴日序列存在著11年和17年左右的周期振蕩，并貫穿整個(gè)52年；此外，小波系數(shù)實(shí)部為正時(shí)，代表多雷暴年；小波系數(shù)實(shí)部為負(fù)時(shí)，代表少雷暴年。

圖6　 1961～2012年竹山縣年平均雷暴日序列小波系數(shù)分布

4 結(jié)論

目前，由雷電造成的災(zāi)害日益增多，農(nóng)村地區(qū)由于防雷意識(shí)淡薄、防雷措施不利等原因，造成人員傷亡情況更多，并且針對(duì)農(nóng)村開展的雷電研究很少。本文分析得到的竹山縣雷暴日時(shí)間分析特征的研究，對(duì)該縣農(nóng)村防雷有一定的針對(duì)性和指導(dǎo)意義。

［1］ 林建，曲曉波.中國(guó)雷電事件的時(shí)空分布特征［J］.氣象，2008，34（11）：22-30.

［2］ 馮民學(xué)，焦雪，韋海容，等.江蘇省雷電分布特征分析［J］.氣象科學(xué)，2009，29（2）.

Study on the analysis of the characteristics of Originpro 8 and th e thunderstorm data based onWavelet

Wang Xiaofei1，Guo Dejun2，Yu Qian1，Yin Dengfeng2，Yu Tianye1（1.Hubei Lightning Protection Center Weather Bureau 2.Zhushan County，Wuhan，430074）

In this paper，analysis of Zhushan County of thunderstorm data analysis software Originpro 8，and graphical visualization based on wavelet analysis，draw the changing trend of52 years of Zhushan County of thunderstorm days，obtained the oscillation cycle of thunderstorm days.

thunderstorm days；Originpro 8；wavelet analysis

2014—5—16