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摘要为了研究天水市雷暴气候变化特征、周期性规律和时空分布特征，利用天水市7个观测站1971～2010年雷暴日资料，通过数理统计、Mann-Kendall检验、小波分析和EOF分析等方法分析近40年天水市雷暴气候特征。结果表明，天水市年平均雷暴日数为19.2 d，一年中雷暴发生在4～10月，7、8月份最多，雷暴主要发生在夏季；过去的40年，雷暴日数呈波动减少趋势，气候倾向率为-1.152 d/10a；MannKendall检验得出，在1995年天水雷暴日数开始明显减少，突变点出现在2008年，2008年后雷暴日数显著减少；Morlet小波分析结果表明，天水市雷暴日数同时存在3、6、12及22年的准周期变化；根据EOF分析，天水雷暴异常空间分布可划分为全市一致型和经向型，其中关山区雷暴日数最多，其次是渭北区，河谷区最少。
关键词雷暴；时空分布；气候特征；周期变化；天水
中图分类号S161文献标识码A文章编号0517-6611（2014）15-04752-03
Abstract In order to study the climatic variation characteristics， periodicity features， temporalspatial distribution characteristics of thunderstorms in Tianshui City， using the observation thunderstorm data of 7 stations in Tianshui during 1971 2010， through mathematical statistics， MannKendall test， wavelet analysis and EOF analysis method to analyze the climatic characteristics of thunderstorm in recent 40 years. The results show that the annual number of thunderstorm days is 19.2 d in Tianshui City and it can occur 4 to 10 months in the year， mostly in July and August and in summer. Over the past 40 years， thunderstorm days showed a trend of fluctuations to reduce and climate tendency rate was -1.152 d / 10 a. The results of MannKendall test show that thunderstorm days began to decrease in Tianshui in 1995， a mutation point in 2008， 2008 years after the thunderstorm days significantly reduced. Morlet wavelet analysis results show that thunderstorm days in Tianshui City at the same time there are 3， 6， 12 and 22 a quasi periodic change. The analysis of EOF shows that the abnormal spatial distribution of thunderstorm in Tianshui can be classified into two types： overall type and longitude type.
Key words Thunderstorm； Temporalspatial distribution； Climate characteristics； Periodic variation； Tianshui
雷暴是在积雨云中发生的放电、雷鸣现象，主要产生在夏季局地强对流的中小尺度天气系统中，常伴有暴雨、大风、冰雹、龙卷等天气现象，是一种局部灾害性天气。由于雷暴出现放电现象，经常造成人员伤亡、毁坏建筑物、引起森林火灾、干扰输电和通讯，给人类和社会造成严重的危害和损失，因而被人们所关注[1]。近年来，有很多关于雷暴特征的研究[2-6]。如巩崇水等使用EOF分解和主值函数分析方法对我国雷暴日的时空分布等特征进行分析，并得出年平均雷暴日的地理分布可大致分为4个区域[2]；张敏锋等对我国近30年的雷暴气候特征进行分析并指出大部分地区雷暴频数在波动中减少[6]；高婧等通过小波分析、EOF分析、Mann-kendall突变检验等方法分别对新疆伊犁[7]、重庆市[8]、上海地区[9]雷暴的气候变化特征进行了分析。但针对天水地区的雷暴气候变化特征方面的研究很少。笔者利用天水市7个观测站1971～2010年雷暴日资料，采用数理统计、突变检验、小波分析和EOF分析等方法，对近40年天水市雷暴的气候特征进行分析。
1资料与方法
1.1研究区概况天水市位于甘肃省东南部地处陕、甘、川三省交界，地跨34°05′～35°10′N、104°35′～106°44′E，面积1.43万km2。天水属于暖温带半湿润、半干旱气候过渡带，以温和半湿润区为主，四季分明。天水地势总体上东南低、西北高，海拔高程748.5～3 120.0 m，受西风带和青藏高原季风控制以及西太平洋副热带高压交替影响，下界面复杂，局地性气候特征明显，常有中小尺度天气活动。天水市的雷暴主要集中在4～10月，夏季最强，春季次之，冬季几乎没有雷暴发生[10]。在此，笔者利用天水市近40年的雷暴日资料，通过数理统计、突变检验、小波分析和经验正交函数分解（EOF）等方法进行分析，揭示天水市雷暴天气气候的统计特征、时空变化趋势和规律，为政府防灾减灾提供气候背景，也为研究雷暴与大气环流的关系提供科学依据。 1.2资料选取和研究方法选取1971～2010年天水市秦州、麦积、清水、张家川、秦安、甘谷、武山7个测站的雷暴资料，对雷暴日求取年代、月平均值，采用一元线性回归，分析近40年天水市雷暴的时间尺度变化特征；采用MannKendall突变检验方法[11]，对天水市年雷暴日数进行突变点检验；采用Morlet小波分析方法[12]，分析雷暴日的周期变化；为了解天水市雷暴的主要空间分布类型，采用EOF分析（经验正交函数分解）来研究天水7个站点雷暴时空分布特征，经验正交函数分解可以针对气象要素来进行，其基本原理是对包含n个空间点（变量）的场随时间变化进行分解[12-13]。在分析天水市雷暴日的年、季、月变化特征时，根据天水市气候特征和地形将其分为渭北、关山、河谷3个区域[14]（表1），渭北选取甘谷为代表站，关山选取张家川，河谷选取秦州。
从天水市年平均雷暴日经EOF分解的前2个特征向量场分布（图7）可以看出，第1特征向量场全部为正，称为全市一致型，反映了天水市雷暴日空间分布的主要特点，表示如果雷暴出现异常，天水的变化趋势是一致的。整体看来，全市第1特征向量场值大小差异很小，说明雷暴分布在全市变化较小。第2特征向量场的特征是天水东北、东南为正值，而中部和西部为负值，表示天水东北部、东南部和西部、中部的雷暴空间分布在呈反相关，称为经向型。图71971～2010年天水市雷暴日经EOF分解后第1（a）和第2（a）空间向量场3结论
（1）天水市年平均雷暴日数为19.2 d，近40年天水市雷暴日数总体呈下降趋势，通过MannKendall检验发现在2008年前后天水市年均雷暴日发生了突变，突变后年平均与突变前相比减少了10.4 d。雷暴主要发生在春夏季，冬季几乎无雷暴，7、8月雷暴日最多。
（2）小波分析结果表明天水市雷暴日具有3和6年短周期、12年中周期和22年长周期的变化特征，雷暴日年际变化较大，1971～2010年雷暴日数呈波动减少趋势，且具有明显的阶段性。
（3）天水年平均雷暴日数空间分布不均匀，总体呈现关山区最多、渭北区次之、河谷区最少的特征。根据EOF分析表明，天水雷暴异常空间分布类型主要是全市一致型和经向型。地形分布的差异是雷暴空间分布差异的主要原因。
参考文献
[1] 李家启，李良福.雷电灾害典型案例分析[M].北京：气象出版社，2007.
[2] 巩崇水，曾淑玲，王嘉媛，等.近30年中国雷暴天气气候特征分析[J].高原气象，2013，32（5）：1442-1449.
[3] 蔡新玲，刘宇，康岚，等.陕西省雷暴的气候特征[J].高原气象，2004，23（S1）：118-123.
[4] 尹丽云，许迎杰，张腾飞，等.云南雷暴的时空分布特征[J].灾害学，2007，22（2）：87-92.
[5] 冯建英，陈佩璇，梁东升.西北地区雷暴的气候特征及其变化规律[J].甘肃科技学报，2007，19（3）：71-74.
[6] 张敏锋，冯霞.我国雷暴天气的气候特征[J].热带气象学报，1998，14（2）：156-162.
[7] 高婧，井立军，井立红，等.1961-2009年伊犁雷暴气候特征分析[J].沙漠与绿洲气象，2011，5（4）：81-86.
[8] 李京校，李家启，肖稳安，等.重庆市雷暴气候变化特征分析[J].热带地理，2011，31（2）：171-177.
[9] 高晓东，杨仲江，刘晓东，等.上海地区雷暴时空分布特征分析[J].安徽农业科学，2010，38（21）：11246-11248.
[10] 李照荣，康凤琴，马胜萍，等.西北地区雷暴气候特征分析[J].灾害学，2005，20（2）：83-88.
[11] 黄嘉佑.气候状态变化趋势与突变分析[J].气象，1995，21（7）：54-57.
[12] 魏凤英.现代气候统计诊断与预测技术[M].北京：气象出版社，2007：99-104.
[13] 施能.气象科研与预报中的多元分析方法[M].北京：气象出版社，2008.
[14] 姚小英，朱拥军，把多辉，等.天水市45年气候变化特征及对林果生长的影响[J].干旱地区农业研究，2008，26（2）：240-245.
关键词雷暴；时空分布；气候特征；周期变化；天水
中图分类号S161文献标识码A文章编号0517-6611（2014）15-04752-03
Abstract In order to study the climatic variation characteristics， periodicity features， temporalspatial distribution characteristics of thunderstorms in Tianshui City， using the observation thunderstorm data of 7 stations in Tianshui during 1971 2010， through mathematical statistics， MannKendall test， wavelet analysis and EOF analysis method to analyze the climatic characteristics of thunderstorm in recent 40 years. The results show that the annual number of thunderstorm days is 19.2 d in Tianshui City and it can occur 4 to 10 months in the year， mostly in July and August and in summer. Over the past 40 years， thunderstorm days showed a trend of fluctuations to reduce and climate tendency rate was -1.152 d / 10 a. The results of MannKendall test show that thunderstorm days began to decrease in Tianshui in 1995， a mutation point in 2008， 2008 years after the thunderstorm days significantly reduced. Morlet wavelet analysis results show that thunderstorm days in Tianshui City at the same time there are 3， 6， 12 and 22 a quasi periodic change. The analysis of EOF shows that the abnormal spatial distribution of thunderstorm in Tianshui can be classified into two types： overall type and longitude type.
Key words Thunderstorm； Temporalspatial distribution； Climate characteristics； Periodic variation； Tianshui
雷暴是在积雨云中发生的放电、雷鸣现象，主要产生在夏季局地强对流的中小尺度天气系统中，常伴有暴雨、大风、冰雹、龙卷等天气现象，是一种局部灾害性天气。由于雷暴出现放电现象，经常造成人员伤亡、毁坏建筑物、引起森林火灾、干扰输电和通讯，给人类和社会造成严重的危害和损失，因而被人们所关注[1]。近年来，有很多关于雷暴特征的研究[2-6]。如巩崇水等使用EOF分解和主值函数分析方法对我国雷暴日的时空分布等特征进行分析，并得出年平均雷暴日的地理分布可大致分为4个区域[2]；张敏锋等对我国近30年的雷暴气候特征进行分析并指出大部分地区雷暴频数在波动中减少[6]；高婧等通过小波分析、EOF分析、Mann-kendall突变检验等方法分别对新疆伊犁[7]、重庆市[8]、上海地区[9]雷暴的气候变化特征进行了分析。但针对天水地区的雷暴气候变化特征方面的研究很少。笔者利用天水市7个观测站1971～2010年雷暴日资料，采用数理统计、突变检验、小波分析和EOF分析等方法，对近40年天水市雷暴的气候特征进行分析。
1资料与方法
1.1研究区概况天水市位于甘肃省东南部地处陕、甘、川三省交界，地跨34°05′～35°10′N、104°35′～106°44′E，面积1.43万km2。天水属于暖温带半湿润、半干旱气候过渡带，以温和半湿润区为主，四季分明。天水地势总体上东南低、西北高，海拔高程748.5～3 120.0 m，受西风带和青藏高原季风控制以及西太平洋副热带高压交替影响，下界面复杂，局地性气候特征明显，常有中小尺度天气活动。天水市的雷暴主要集中在4～10月，夏季最强，春季次之，冬季几乎没有雷暴发生[10]。在此，笔者利用天水市近40年的雷暴日资料，通过数理统计、突变检验、小波分析和经验正交函数分解（EOF）等方法进行分析，揭示天水市雷暴天气气候的统计特征、时空变化趋势和规律，为政府防灾减灾提供气候背景，也为研究雷暴与大气环流的关系提供科学依据。 1.2资料选取和研究方法选取1971～2010年天水市秦州、麦积、清水、张家川、秦安、甘谷、武山7个测站的雷暴资料，对雷暴日求取年代、月平均值，采用一元线性回归，分析近40年天水市雷暴的时间尺度变化特征；采用MannKendall突变检验方法[11]，对天水市年雷暴日数进行突变点检验；采用Morlet小波分析方法[12]，分析雷暴日的周期变化；为了解天水市雷暴的主要空间分布类型，采用EOF分析（经验正交函数分解）来研究天水7个站点雷暴时空分布特征，经验正交函数分解可以针对气象要素来进行，其基本原理是对包含n个空间点（变量）的场随时间变化进行分解[12-13]。在分析天水市雷暴日的年、季、月变化特征时，根据天水市气候特征和地形将其分为渭北、关山、河谷3个区域[14]（表1），渭北选取甘谷为代表站，关山选取张家川，河谷选取秦州。
从天水市年平均雷暴日经EOF分解的前2个特征向量场分布（图7）可以看出，第1特征向量场全部为正，称为全市一致型，反映了天水市雷暴日空间分布的主要特点，表示如果雷暴出现异常，天水的变化趋势是一致的。整体看来，全市第1特征向量场值大小差异很小，说明雷暴分布在全市变化较小。第2特征向量场的特征是天水东北、东南为正值，而中部和西部为负值，表示天水东北部、东南部和西部、中部的雷暴空间分布在呈反相关，称为经向型。图71971～2010年天水市雷暴日经EOF分解后第1（a）和第2（a）空间向量场3结论
（1）天水市年平均雷暴日数为19.2 d，近40年天水市雷暴日数总体呈下降趋势，通过MannKendall检验发现在2008年前后天水市年均雷暴日发生了突变，突变后年平均与突变前相比减少了10.4 d。雷暴主要发生在春夏季，冬季几乎无雷暴，7、8月雷暴日最多。
（2）小波分析结果表明天水市雷暴日具有3和6年短周期、12年中周期和22年长周期的变化特征，雷暴日年际变化较大，1971～2010年雷暴日数呈波动减少趋势，且具有明显的阶段性。
（3）天水年平均雷暴日数空间分布不均匀，总体呈现关山区最多、渭北区次之、河谷区最少的特征。根据EOF分析表明，天水雷暴异常空间分布类型主要是全市一致型和经向型。地形分布的差异是雷暴空间分布差异的主要原因。
参考文献
[1] 李家启，李良福.雷电灾害典型案例分析[M].北京：气象出版社，2007.
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[5] 冯建英，陈佩璇，梁东升.西北地区雷暴的气候特征及其变化规律[J].甘肃科技学报，2007，19（3）：71-74.
[6] 张敏锋，冯霞.我国雷暴天气的气候特征[J].热带气象学报，1998，14（2）：156-162.
[7] 高婧，井立军，井立红，等.1961-2009年伊犁雷暴气候特征分析[J].沙漠与绿洲气象，2011，5（4）：81-86.
[8] 李京校，李家启，肖稳安，等.重庆市雷暴气候变化特征分析[J].热带地理，2011，31（2）：171-177.
[9] 高晓东，杨仲江，刘晓东，等.上海地区雷暴时空分布特征分析[J].安徽农业科学，2010，38（21）：11246-11248.
[10] 李照荣，康凤琴，马胜萍，等.西北地区雷暴气候特征分析[J].灾害学，2005，20（2）：83-88.
[11] 黄嘉佑.气候状态变化趋势与突变分析[J].气象，1995，21（7）：54-57.
[12] 魏凤英.现代气候统计诊断与预测技术[M].北京：气象出版社，2007：99-104.
[13] 施能.气象科研与预报中的多元分析方法[M].北京：气象出版社，2008.
[14] 姚小英，朱拥军，把多辉，等.天水市45年气候变化特征及对林果生长的影响[J].干旱地区农业研究，2008，26（2）：240-245.