湖南省气象灾害防御技术中心 湖南长沙 410007
摘要：使用长沙地区1981~2010年望城站、马坡岭站、宁乡站和浏阳站4个气象台站的雷暴观测资料，采用气候倾向率、小波分析等气候方法，对长沙地区雷暴日数特征进行分析。结果表明：长沙地区雷暴日数年际变化整体呈减少趋势，每10年减少约4.5天；每年的3~8月份是雷暴高发期，8月最多，12月最少；进一步应用MORLET小波分析得出长沙地区的雷暴日数具有明显的周期变化特征，在整个时间序列的近30年内存在着5年、8年左右的振荡周期。
关键词：雷暴活动；趋势分析；小波分析；振荡周期
1引言
雷暴是伴有雷击和闪电的局部对流性天气，是一种大气中的放电现象，其强大的电流、炙热的高温、强烈的电磁辐射以及猛烈的冲击波等物理效应而能够在瞬间产生巨大的破坏作用，常常造成人员伤亡，导致建筑物、供配电系统、通信设备、家用电器的损坏，甚至引起森林火灾，也会造成烟花爆炸仓库、加油加气站、化工厂等易燃易爆场所的燃烧和爆炸，严重威胁着人类的生命和财产安全。
长沙位于湖南省东部偏北，湘江下游和长浏盆地西缘，地处丘陵向平原的过渡地带，属亚热带季风湿润气候，气候温和，降水充沛，雨热同期，四季分明，平均气温17.2℃，年平均降雨量1400mm，年平均雷暴日数44.7天，属多雷区。据不完全统计，2002年至今长沙共计发生雷电灾害事故234起，造成22人死亡，23人受伤，经济损失近5000万元。
雷暴日表征不同地区雷电活动的频繁程度，是目前进行建筑物防雷类别及防雷装置设计的重要依据，亦是雷电灾害风险分析的一个重要参数。本文通过对长沙4个气象台站近30年的雷暴日数进行分析，进而寻找长沙雷暴日的变化规律，旨在预测雷暴日的变化趋势，对今后进一步做好雷电灾害防护方案，以及对长沙地区防雷减灾工作有一定的参考依据，以最大程度减少雷电灾害对长沙地区的影响。
2雷暴资料来源
选取长沙地区1981~2010年望城站、马坡岭站、宁乡站和浏阳站4个气象台站的雷暴观测资料，采用数理统计、线性分析、MK检验、MORLET小波分析等方法对近30年的雷暴观测资料进行气候统计分析和变化趋势研究。
3雷暴日数的时间变化分析
3.1雷暴日数的年际变化特征
根据长沙地区1981~2010年4个气象台站雷暴日数的统计结果，长沙地区4个台站年平均雷暴日数为43.2天，最多59.25天出现在1983年，最少29.5天出现在1989年。为更加清楚了解长沙地区雷暴日数的年际变化特征，根据下面公式，可以计算雷暴日数的气候趋势系数rxt。
式中：a、b均为常数，a为气候倾向率，若a＞0，则说明其整体趋势为增加趋势，若a＜0，则其整体为下降趋势；t表示时间序列数。
利用5年滑动平均和一元线性函数拟合计算，得出常数a、b分别为-0.4412和50.174，即长沙地区年雷暴日数变化趋势的线性方程为：y=-0.4412x+50.174，如图1所示。
从该表达式可知，气候倾向率为-4.412d/10a，即1981~2010年长沙地区年雷暴日数呈每10年减少4.5天左右的下降趋势。
图3 长沙地区各月平均雷暴日数分布
3.3雷暴日数的小波变化特征
20世纪80年代初，MORLET提出了一种具有时——频多分辨功能的小波分析，为研究时间序列提供了可能，它能清晰的揭示出隐藏在时间序列中的多种变化周期，充分反映系统在不同时间尺度中的变化趋势。小波分析的基本思想是用一簇小波函数系来表示或逼近某一信号函数，因此小波函数是小波分析的关键，它是具有振荡性、能够迅速衰减到零的一类函数，即小波函数 且满足：
利用MORLET小波分析方法对长沙地区1981~2010年雷暴日数演变规律进行周期分析，计算了小波变化系数的实部，小波变化实部表示了雷暴日数变化的时间尺度特征，实部为正时，代表多雷暴年，小波系数实部为负时，代表少雷暴年。从图4可以看出：长沙地区雷暴日数变化存在多时间尺度结构，其序列在分别在5年左右、8年左右的时间尺度上呈现比较明显的正负闭合中心，即表明在近30年内，长沙地区雷暴日数序列存在着5年和8年左右的周期振荡，并几乎贯穿整个30年。
图4 长沙地区1981~2010年雷暴日数序列小波系数分布
4小结
（1）长沙地区雷暴活动较多，根据气象台站的雷暴观测资料，年平均雷暴日数最多59.25天，最少29.5天。
（2）长沙地区雷暴日数呈逐年减少的趋势，每10年减少约4.5天，通过MK检验发现1989年后年雷暴日数减少趋势明显。
（3）长沙地区一年12个月均有可能出现雷暴，但雷暴活动集中出现在3、4、6、7、8月，8月最强，12月最弱。
（4）运用MORLET小波分析方法提取长沙地区雷暴日的周期特征，发现长沙地区年雷暴活动有明显的周期变化特征，在统计的30年时间序列内具有5年左右、8年左右的振荡周期。
参考文献:
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论文作者:贺秋艳,刘越屿,郭,斌
论文发表刊物:《防护工程》2017年第30期
论文发表时间:2018/3/9
标签：雷暴论文; 日数论文; 长沙论文; 地区论文; 小波论文; 特征论文; 气候论文; 《防护工程》2017年第30期论文;