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摘要 利用1971～2010年铁岭市4个气象站地面观测资料，采用线性趋势法、滑动t检验和山本（Yamamoto）法，分析了铁岭市雷暴的气候特征、突变情况及雷暴与温度的关系。结果表明，铁岭市雷暴年变化大，40年雷暴日数呈减少趋势，月分布为6～8月多、11月～次年2月少;滑动t检验法和山本（Yamamoto）法检验显示，雷暴没有发生突变;月雷暴日与温度正相关。
关键词 雷暴;气候特征;滑动t检验;山本（Yamamoto）法;趋势分析
中图分类号 S161 文献标识码
A 文章编号 0517-6611（2014）32-11443-03
雷暴是一种中小尺度对流天气，局地性强，有时伴有局地暴雨、冰雹和大风，是危害性很强的天气现象[1]。随着我国经济的快速发展，雷暴给各行各业带来的影响日趋明显，它不仅可以瞬间击毁建筑物、通信设施、供电系统、引发火灾，甚至造成人员伤亡。因此，深入研究雷暴的发生规律，对开展雷电监测、预报预警、雷电灾害防御具有十分重要的意义。
近年来，有许多气象工作者对全国[2-4]、南方[5]、西北地区[6-7]雷暴的气候特征、变化趋势进行了研究，如胡先锋等利用1998～2004年全国雷电灾害资料对我国雷电灾害的时空特征及造成的损失进行了分析，指出我国雷电灾害次数呈逐年波动增长趋势，夏季是我国雷电灾害发生最多的季节，占全年雷电灾害的66%，雷电灾害的地理分布总体上为南多北少，雷电造成的人员伤亡事故和社会经济损失的分布具有明显的区域性，电力和通信行业受雷灾的比例最大[8]。铁岭地处辽宁省北部，铁岭地区呈东高西低走势，东部属上白山余脉，西部为辽河平原，属温带大陆性季风气候，夏季炎热，冬季寒冷，四季分明，每年都有雷电灾害发生，但地形不同的地区雷暴发生的日数存在很大差异。笔者利用1971～2010年铁岭市4个气象地面观测资料，采用线性趋势、滑动t检验、山本（Yamamoto）法，对铁岭市雷暴的时空变化特征、突变情况及雷暴与温度的关系进行了分析。
1 资料与方法
1.1 资料选取 利用铁岭市4个气象站（西丰县、铁岭县、昌图县、开原市）地面观测资料月报表中的雷暴日数资料，统计1971～2010年铁岭市雷暴。以全市一日内（20：00～次日20：00）出现雷声（1次或多次）为一个雷暴日。年雷暴日数是全年各月所有雷暴日数总和，年平均雷暴日数是指全市40年雷暴日数的平均值。
1.2 分析方法 采用了气象应用研究中常用的气候趋势法、滑动t检验和山本（Yamamoto）法，对铁岭市雷暴日的年、月及初终日进行了分析。滑动t检验和山本（Yamamoto）法检验是利用DPS（Data Processing System）数据处理系统软件来实现。滑动t检验是通过考察两组样本平均值的差异是否显著来检验突变。此方法是把一气候序列中两段子序列均值有无显著差异看做来自2个总体均值有无显著差异的问题来检验。如果两段子序列的均值差异超过了一定的显著性水平，可以认为均值发生了质变，有突变发生。根据梁凤英对滑动t检验的分析说明[9]，可以根据t统计量曲线上的点是否超过tα值来判断序列是否出现过突变。山本（Yamamoto）法也是用检验两子序列均值的差异是否显著来判别突变的。它比t检验更简单明了。
2 结果与分析
2.1 雷暴的地域分布
各站1971～2010年雷暴日数资料显示，铁岭地区雷暴日的分布具有明显的地域性，雷暴日的分布东西差异较大，东多西少，西丰县年雷暴日数为37.2 d，铁岭县为31.1 d，昌图和开原分别为32.2和33.0 d，除西丰外，其他3站相差不明显，这是由于西丰县地处山区，它的多发区与地形有明显关系，山区雷暴明显多于平原地区，这是由于地形对气流的抬升作用所致，特别是夏季，午后地面受日射加热，在近地层形成不稳定层结，容易产生对流。
2.2 雷暴日数的时间变化特征
2.2.1 雷暴日数的年代际变化。
从图1可以看出，20世纪70年代是雷电相对频发期，平均每年出现56.0个雷暴日，高于平均水平5.86%，21世纪以来平均每年出现49.3个雷暴日，低于平均水平6.81%，80年代、90年代平均每年分别出现53.4、52.9 d，与年平均水平接近。说明铁岭市雷暴的发生70年代最为频繁，而后呈逐年减少趋势。
近40年铁岭全市年平均雷暴日数为52.9 d，雷暴日数年际差异较大，全市年雷暴日数最多为80 d，出现在2005年，最少为35 d，出现在2007年，最多年份是最少年份的2.3倍。1971～2010年雷暴日数气候倾向率为-2.2 d/10a，即雷暴日数减少幅度为2.2 d/10a，这与张敏锋等在研究我国雷暴天气的气候特征中指出近30年来我国大部分地区平均雷暴频数在波动中减少的趋势[10]基本一致，也与辽宁省雷暴日数年变化趋势总体呈逐渐下降趋势[11]相同。通过5年滑动平均变化曲线可以看出，铁岭雷暴日年变化曲线呈波动状，高值点在20世纪70年代末、80年代中期后期、90年代初期、2005年，20世纪70～90年代雷暴日以8年左右为一周期，进入21世纪无明显周期。
从各站雷暴日数的年际分布看，波动幅度最大的是开原市，最多年份比最少年份多37 d，昌图县相差最少，为28 d。
若取距平≥10为多雷暴年，距平≤-10为少雷暴年，统计40年来铁岭雷暴日数发现，多雷暴年为6年（1971、1980、1987、1991、1994、2005年），少雷暴年为5年（1995、1997、1999、2007、2010年），多雷暴年在各年代均有出现，但20世纪80年代和90年代分别有2年，而20世纪70年代和21世纪以来各有1年，少雷暴年主要出现在90年代以后，这与雷暴年变化趨势基本一致。 2.2.2 雷暴日数的月变化特征。
由图2可见，铁岭地区除1月无雷暴发生外，其他各月均有发生，其中6～8月出现雷暴日合计为1 447 d，年平均为36.2 d，占全年雷暴平均日数的68.4%，7月为雷暴的高发期，累计547 d，年平均为13.7 d，发生频率为44.2%，其次是6和9月，分别出现516和384 d，单月最多雷暴日为26 d，出现在2005年6月，而2和12月出现雷暴的概率很小，每月仅有1 d;单站月最多雷暴日分别为铁岭15 d、昌图16 d、开原15 d、西丰20 d。
2.2.3 雷暴的初终日及雷暴的持续期分析。
由表1可知，
图1 1971～2010年铁岭雷暴日数年代（a）和年际（b）变化
图2 1971～2010年铁岭市各月年平均雷暴日数分布
1971～2010年铁岭市初雷日平均为4月13日，最早出现在2月13日（2007年昌图和开原），最晚出现在6月19日（2004
年开原）;终
雷日全市平均为10月25日，最早出现在8月19日（1978年昌图），最晚出现在12月9日（2004年开原），初（终）雷日最早和最晚相差3～4个月。图3显示，初雷日有逐年提前的趋势，而终雷日有逐年推迟的趋势。与多年平均值相比，雷暴初日近10年偏早，20世纪80年代偏晚;雷暴终日20世纪70年代偏早，近10年偏晚。
将雷暴初日和终日之间的日数定义为雷暴持续期。铁岭市雷暴平均持续期为195.7 d，年持续期最长为261 d（2007年），年持续期最短为105 d（2010年），就单站而言，开原市最长和最短持续期相差最多，为156 d，西丰县相差最少，为98 d，铁岭县和昌图县分别为122和143 d。可见，不同地区雷暴持续期的年际差异较大。
表1 1971～2010年铁岭雷暴初日、终日和持续期
站名初雷日最早最晚平均
终雷日最早最晚平均
持续期∥d最长最短平均
铁岭县
1971-03-28
1997-03-282010-06-14
04-24
2001-08-24
1991-11-29
10-13
228（1978）
106（2010）
172.9
昌图县2007-02-132004-05-1504-211978-08-191991-11-2910-14261（2007）118（1978）177.2
开原市2007-02-132004-06-1904-241983-09-142004-12-0910-16261（2007）105（2010）175.2
西丰县1997-03-282010-05-2904-051982-09-071991-11-2910-16220（1991）122（2010）176.4
全市2007-02-132004-06-1904-131978-08-192004-12-0910-25261（2007）105（2010）195.7
图3 1971～2010年铁岭市初雷日（a）和终雷日（b）变化
2.3 雷暴活动与气象要素的关系
由图4可见，铁岭市雷暴日数的月变化与平均气温的月变化十分相似，4月份开始气温上升加快，热力不稳定条件增强，雷暴日数逐渐增加，进入7月水汽充沛，对流发展旺盛，雷暴最多，8月气温开始下降，对流天气减少，雷暴日数开始回落，冬季气温低，基本无雷暴发生;雷暴日的月变化与平均气温的月变化呈正相关关系，雷暴的多发期出现在月平均气温>20 ℃的月份，月平均气温<0 ℃的月份雷暴发生日数仅占总日数的1.1%。表明下垫面的增温幅度、热对流的强弱是影响雷暴发生和分布的主要因素。
圖4 铁岭各月雷暴日数与平均气温的月变化
注：图a中2条虚直线表示显著水平α=0.01的临界值U（U=±3.2）。图b中虚直线为α=0.01显著水平的临界值。
图5 1971～2010年铁岭雷暴日滑动t统计量（a）和Yamamoto信噪比（b）曲线
2.4 雷暴日的突变检验
采用滑动t检验对铁岭市1971～2010年雷暴日进行突变检验，这里样本数为40，2个子序列长度均为10，取0.01的显著水平，给定t0.01=±3.2，将计算出来的t统计量序列绘制成滑动t统计量曲线，从图5a可以看出t统计量没有超过0.01显著水平，雷暴日没有发生突变。
对于1971～2010年雷暴日变化序列，同样取0.01的显著水平，分析信噪比，图5b显示信噪比曲线没有超过0.01显著水平临界值，说明雷暴日没有发生突变。滑动t检验和山本（Yamamoto）法2种检验方法结果一致，由此判定铁岭市1971～2010年雷暴日没有发生突变。
3 结论与讨论
（1）铁岭地区雷暴日的分布东西差异较大，东多西少，山区雷暴明显多于平原地区，西丰县年雷暴日最多为37.2 d，其他3站相差不明显。
（2）1971～2010年铁岭平均雷暴日为52.9 d，最多为80 d，最少为35 d，雷暴日的年变化呈线性减少趋势，平均减少趋势为2.2 d/10a。
（3）6～8月是铁岭市雷暴多发期，占全年雷暴日数的68.4%，峰值出现在7月，11月～次年2月雷暴日最少，1月无雷暴发生。
（4）铁岭雷暴的初（终）日变化较大，初日最早为2月13日，最晚为6月19日;终日最早为8月19日，最晚出现在12月9日，最早、最晚相差3～4个月。初雷日有提前趋势，终雷日有推迟趋势。
（5）月雷暴日变化与温度变化呈正相关，温度高的月份雷暴日数多，温度低的月份雷暴日数少。雷暴的多发期出现在月平均气温>20 ℃的月份，月平均气温<0 ℃的月份雷暴发生日数仅占总日数的1.1%。
（6）利用MannKendall和Yamamoto法进行突变检验，结果发现铁岭雷暴日减少趋势不显著，没有发生突变。
关键词 雷暴;气候特征;滑动t检验;山本（Yamamoto）法;趋势分析
中图分类号 S161 文献标识码
A 文章编号 0517-6611（2014）32-11443-03
雷暴是一种中小尺度对流天气，局地性强，有时伴有局地暴雨、冰雹和大风，是危害性很强的天气现象[1]。随着我国经济的快速发展，雷暴给各行各业带来的影响日趋明显，它不仅可以瞬间击毁建筑物、通信设施、供电系统、引发火灾，甚至造成人员伤亡。因此，深入研究雷暴的发生规律，对开展雷电监测、预报预警、雷电灾害防御具有十分重要的意义。
近年来，有许多气象工作者对全国[2-4]、南方[5]、西北地区[6-7]雷暴的气候特征、变化趋势进行了研究，如胡先锋等利用1998～2004年全国雷电灾害资料对我国雷电灾害的时空特征及造成的损失进行了分析，指出我国雷电灾害次数呈逐年波动增长趋势，夏季是我国雷电灾害发生最多的季节，占全年雷电灾害的66%，雷电灾害的地理分布总体上为南多北少，雷电造成的人员伤亡事故和社会经济损失的分布具有明显的区域性，电力和通信行业受雷灾的比例最大[8]。铁岭地处辽宁省北部，铁岭地区呈东高西低走势，东部属上白山余脉，西部为辽河平原，属温带大陆性季风气候，夏季炎热，冬季寒冷，四季分明，每年都有雷电灾害发生，但地形不同的地区雷暴发生的日数存在很大差异。笔者利用1971～2010年铁岭市4个气象地面观测资料，采用线性趋势、滑动t检验、山本（Yamamoto）法，对铁岭市雷暴的时空变化特征、突变情况及雷暴与温度的关系进行了分析。
1 资料与方法
1.1 资料选取 利用铁岭市4个气象站（西丰县、铁岭县、昌图县、开原市）地面观测资料月报表中的雷暴日数资料，统计1971～2010年铁岭市雷暴。以全市一日内（20：00～次日20：00）出现雷声（1次或多次）为一个雷暴日。年雷暴日数是全年各月所有雷暴日数总和，年平均雷暴日数是指全市40年雷暴日数的平均值。
1.2 分析方法 采用了气象应用研究中常用的气候趋势法、滑动t检验和山本（Yamamoto）法，对铁岭市雷暴日的年、月及初终日进行了分析。滑动t检验和山本（Yamamoto）法检验是利用DPS（Data Processing System）数据处理系统软件来实现。滑动t检验是通过考察两组样本平均值的差异是否显著来检验突变。此方法是把一气候序列中两段子序列均值有无显著差异看做来自2个总体均值有无显著差异的问题来检验。如果两段子序列的均值差异超过了一定的显著性水平，可以认为均值发生了质变，有突变发生。根据梁凤英对滑动t检验的分析说明[9]，可以根据t统计量曲线上的点是否超过tα值来判断序列是否出现过突变。山本（Yamamoto）法也是用检验两子序列均值的差异是否显著来判别突变的。它比t检验更简单明了。
2 结果与分析
2.1 雷暴的地域分布
各站1971～2010年雷暴日数资料显示，铁岭地区雷暴日的分布具有明显的地域性，雷暴日的分布东西差异较大，东多西少，西丰县年雷暴日数为37.2 d，铁岭县为31.1 d，昌图和开原分别为32.2和33.0 d，除西丰外，其他3站相差不明显，这是由于西丰县地处山区，它的多发区与地形有明显关系，山区雷暴明显多于平原地区，这是由于地形对气流的抬升作用所致，特别是夏季，午后地面受日射加热，在近地层形成不稳定层结，容易产生对流。
2.2 雷暴日数的时间变化特征
2.2.1 雷暴日数的年代际变化。
从图1可以看出，20世纪70年代是雷电相对频发期，平均每年出现56.0个雷暴日，高于平均水平5.86%，21世纪以来平均每年出现49.3个雷暴日，低于平均水平6.81%，80年代、90年代平均每年分别出现53.4、52.9 d，与年平均水平接近。说明铁岭市雷暴的发生70年代最为频繁，而后呈逐年减少趋势。
近40年铁岭全市年平均雷暴日数为52.9 d，雷暴日数年际差异较大，全市年雷暴日数最多为80 d，出现在2005年，最少为35 d，出现在2007年，最多年份是最少年份的2.3倍。1971～2010年雷暴日数气候倾向率为-2.2 d/10a，即雷暴日数减少幅度为2.2 d/10a，这与张敏锋等在研究我国雷暴天气的气候特征中指出近30年来我国大部分地区平均雷暴频数在波动中减少的趋势[10]基本一致，也与辽宁省雷暴日数年变化趋势总体呈逐渐下降趋势[11]相同。通过5年滑动平均变化曲线可以看出，铁岭雷暴日年变化曲线呈波动状，高值点在20世纪70年代末、80年代中期后期、90年代初期、2005年，20世纪70～90年代雷暴日以8年左右为一周期，进入21世纪无明显周期。
从各站雷暴日数的年际分布看，波动幅度最大的是开原市，最多年份比最少年份多37 d，昌图县相差最少，为28 d。
若取距平≥10为多雷暴年，距平≤-10为少雷暴年，统计40年来铁岭雷暴日数发现，多雷暴年为6年（1971、1980、1987、1991、1994、2005年），少雷暴年为5年（1995、1997、1999、2007、2010年），多雷暴年在各年代均有出现，但20世纪80年代和90年代分别有2年，而20世纪70年代和21世纪以来各有1年，少雷暴年主要出现在90年代以后，这与雷暴年变化趨势基本一致。 2.2.2 雷暴日数的月变化特征。
由图2可见，铁岭地区除1月无雷暴发生外，其他各月均有发生，其中6～8月出现雷暴日合计为1 447 d，年平均为36.2 d，占全年雷暴平均日数的68.4%，7月为雷暴的高发期，累计547 d，年平均为13.7 d，发生频率为44.2%，其次是6和9月，分别出现516和384 d，单月最多雷暴日为26 d，出现在2005年6月，而2和12月出现雷暴的概率很小，每月仅有1 d;单站月最多雷暴日分别为铁岭15 d、昌图16 d、开原15 d、西丰20 d。
2.2.3 雷暴的初终日及雷暴的持续期分析。
由表1可知，
图1 1971～2010年铁岭雷暴日数年代（a）和年际（b）变化
图2 1971～2010年铁岭市各月年平均雷暴日数分布
1971～2010年铁岭市初雷日平均为4月13日，最早出现在2月13日（2007年昌图和开原），最晚出现在6月19日（2004
年开原）;终
雷日全市平均为10月25日，最早出现在8月19日（1978年昌图），最晚出现在12月9日（2004年开原），初（终）雷日最早和最晚相差3～4个月。图3显示，初雷日有逐年提前的趋势，而终雷日有逐年推迟的趋势。与多年平均值相比，雷暴初日近10年偏早，20世纪80年代偏晚;雷暴终日20世纪70年代偏早，近10年偏晚。
将雷暴初日和终日之间的日数定义为雷暴持续期。铁岭市雷暴平均持续期为195.7 d，年持续期最长为261 d（2007年），年持续期最短为105 d（2010年），就单站而言，开原市最长和最短持续期相差最多，为156 d，西丰县相差最少，为98 d，铁岭县和昌图县分别为122和143 d。可见，不同地区雷暴持续期的年际差异较大。
表1 1971～2010年铁岭雷暴初日、终日和持续期
站名初雷日最早最晚平均
终雷日最早最晚平均
持续期∥d最长最短平均
铁岭县
1971-03-28
1997-03-282010-06-14
04-24
2001-08-24
1991-11-29
10-13
228（1978）
106（2010）
172.9
昌图县2007-02-132004-05-1504-211978-08-191991-11-2910-14261（2007）118（1978）177.2
开原市2007-02-132004-06-1904-241983-09-142004-12-0910-16261（2007）105（2010）175.2
西丰县1997-03-282010-05-2904-051982-09-071991-11-2910-16220（1991）122（2010）176.4
全市2007-02-132004-06-1904-131978-08-192004-12-0910-25261（2007）105（2010）195.7
图3 1971～2010年铁岭市初雷日（a）和终雷日（b）变化
2.3 雷暴活动与气象要素的关系
由图4可见，铁岭市雷暴日数的月变化与平均气温的月变化十分相似，4月份开始气温上升加快，热力不稳定条件增强，雷暴日数逐渐增加，进入7月水汽充沛，对流发展旺盛，雷暴最多，8月气温开始下降，对流天气减少，雷暴日数开始回落，冬季气温低，基本无雷暴发生;雷暴日的月变化与平均气温的月变化呈正相关关系，雷暴的多发期出现在月平均气温>20 ℃的月份，月平均气温<0 ℃的月份雷暴发生日数仅占总日数的1.1%。表明下垫面的增温幅度、热对流的强弱是影响雷暴发生和分布的主要因素。
圖4 铁岭各月雷暴日数与平均气温的月变化
注：图a中2条虚直线表示显著水平α=0.01的临界值U（U=±3.2）。图b中虚直线为α=0.01显著水平的临界值。
图5 1971～2010年铁岭雷暴日滑动t统计量（a）和Yamamoto信噪比（b）曲线
2.4 雷暴日的突变检验
采用滑动t检验对铁岭市1971～2010年雷暴日进行突变检验，这里样本数为40，2个子序列长度均为10，取0.01的显著水平，给定t0.01=±3.2，将计算出来的t统计量序列绘制成滑动t统计量曲线，从图5a可以看出t统计量没有超过0.01显著水平，雷暴日没有发生突变。
对于1971～2010年雷暴日变化序列，同样取0.01的显著水平，分析信噪比，图5b显示信噪比曲线没有超过0.01显著水平临界值，说明雷暴日没有发生突变。滑动t检验和山本（Yamamoto）法2种检验方法结果一致，由此判定铁岭市1971～2010年雷暴日没有发生突变。
3 结论与讨论
（1）铁岭地区雷暴日的分布东西差异较大，东多西少，山区雷暴明显多于平原地区，西丰县年雷暴日最多为37.2 d，其他3站相差不明显。
（2）1971～2010年铁岭平均雷暴日为52.9 d，最多为80 d，最少为35 d，雷暴日的年变化呈线性减少趋势，平均减少趋势为2.2 d/10a。
（3）6～8月是铁岭市雷暴多发期，占全年雷暴日数的68.4%，峰值出现在7月，11月～次年2月雷暴日最少，1月无雷暴发生。
（4）铁岭雷暴的初（终）日变化较大，初日最早为2月13日，最晚为6月19日;终日最早为8月19日，最晚出现在12月9日，最早、最晚相差3～4个月。初雷日有提前趋势，终雷日有推迟趋势。
（5）月雷暴日变化与温度变化呈正相关，温度高的月份雷暴日数多，温度低的月份雷暴日数少。雷暴的多发期出现在月平均气温>20 ℃的月份，月平均气温<0 ℃的月份雷暴发生日数仅占总日数的1.1%。
（6）利用MannKendall和Yamamoto法进行突变检验，结果发现铁岭雷暴日减少趋势不显著，没有发生突变。