海口市雷暴气候特征及其灰色预测模型研究
摘要:本文利用海口市1951年~2014年地面气象观测雷暴日资料,采用了一元线性方程、5年滑动平均、M-K突变检验、灰色理论等方法,研究了海口市雷暴气候统计特征、灾变年预测,得到以下结论:一是通过对代表月雷暴日变化特征分析得出,5月份雷暴日每10年减少1.7天左右,7月份雷暴日每10年减少1.6天左右,9月份雷暴日每10年减少1天左右;二是通过对雷暴日年际、代表月突变年检验得出,1982年为海口市年雷暴日突变年,1980年为5月份、9月份雷暴日突变年,1975年为7月份雷暴日突变年;三是运用灰色理论建立了雷暴日灾变年预测模型,研究得出未来出现年雷暴日高于100天的年份为2025年。
关键词:雷暴日;时间尺度;M-K检验;灰色理论
中图分类号: P446 文献标识码: A DOI编号: 10.14025/j.cnki.jlny.2018.08.063
海南省位于我国最南端,属于亚热带季风气候区,根据雷暴資料统计得出,海南省年平均雷暴日达100多天,属于多雷活动地区。海南省四周环绕海洋,水资源条件充足,有利于雷暴气候的产生和发展[1],因此海南地区雷暴活动较为活跃。活跃的雷暴天气不仅会对人畜造成一定的伤亡,同时对电力以及通信系统都会造成一定的损坏,还会对电子设备信号的正常传输造成一定的干扰,因此有必要研究海南地区雷电活动特征,并能够对雷暴日短期发展进行预报,为海南地区雷电灾害风险评估工作的开展提供指导。
根据建筑物防雷设计规范(GB50057-2010)[2]中指出,雷暴日数是计算建筑物预计年雷击次数,并对建筑物进行等级划分的一个重要参数。同时,(IEC62305-2)风险管理[3]中也指出,雷暴日是雷电灾害风险评估中一个非常重要的因子。国内很多学者对全球以及不同区域雷电活动进行了一系列研究,姜苏等[4]利用全球三个测站极低频闪电活动背景信号南北、东西两个方向上的磁场能量,使用多重分析方法,研究了南北、东西两个磁场分量信号的多重分布特征,研究发现南北、东西方向上的磁场信号均具有长程相关性,并得出可以使用多重分形谱参数对Q-burst进行识别。郭冬艳等[5-6]利用海南地区逐日雷暴资料,采用EOF正交函数分解法对海南地区雷暴气候特征进行研究。研究表明,海南年雷暴日呈显著的递减趋势,具有北部内陆雷暴多、南部沿海较少空间分布的特征。
本文使用1951年~2014年海口市逐月雷暴日统计数据,采用气候倾向率来研究海口市雷暴日代表月变化特征,采用M-K突变检验的方法来研究海口市雷暴日发展趋势以及突变年情况,最后采用灰色理论建立雷暴日灾变年预测模型,用于对海口市雷暴日出现灾变的年份进行预测。
1 数据来源及使用说明
根据1951年~2014年海口市逐月雷暴日数据,对海口市雷暴气候进行统计分析,并对未来雷暴日进行短期预测,使用数据来源于海南省气象局地面气象观测资料。文中在对海口市代表月雷暴日季节性变化规律的研究中,代表月选取原则为:5月份代表春季、7月份代表夏季、9月份代表秋季。
2 雷暴日时间活动规律
2.1雷暴日代表月变化规律
本文选取1951年~2014年海口市5月、7月、9月逐年雷暴日数据,研究海口市雷暴日月变化规律。年雷暴日代表月变化趋势以及5年滑动平均结果见图1。对于5月份,从图中统计结果可以看出,海口市5月份逐年雷暴日波动幅度较大,从距平值可以看出,在1951年~1975年期间5月份雷暴日距平值以正值为主,仅4个年份的雷暴日距平值为负数,表明了海口市5月份在此年份期间雷暴活动较多,要高于平均值水平,在1976年~1993年期间年雷暴日距平值呈正负交替发展变化趋势,说明了在此年份期间海口市雷暴日波动幅度较大,在1994年~2014年雷暴日距平值以负值为主,其中仅1个年份的雷暴日距平值为正数,表明了海口市5月份在此年份期间雷暴活动较少,要远远低于平均值水平。根据一元线性回归方程得出,5月份雷暴日呈逐年递减的发展趋势,其中求出的年雷暴日气候倾向率为-1.7天/10年,表明了5月份雷暴日每10年减少1.7天左右,递减幅度较高。从5年滑动平均曲线可以看出,1983年为海口市5月份雷暴日的一个转折年,即在1983年之前,5年滑动平均曲线值均大于0,说明了在1983年之前海口市5月份雷暴较多;在1983年之后,5年滑动平均曲线值均小于0,说明1983年以后海口市5月份雷暴日较少。
从7月份雷暴日变化趋势统计结果图中可以看出,在1951年~1980年期间年雷暴日距平值以正值为主,仅5个年份的雷暴日距平值为负数,因此可以说明在此年份期间,海口市雷暴活动较为频繁,雷暴日要高于平均值水平,这一雷暴日较多的时期基本与5月份的相一致。从1980年开始年雷暴日距平值以负值为主,表明1980年~2014年间7月份雷暴日较少。根据一元线性回归方程得出,7月份雷暴日呈逐年递减的发展趋势,其中求出的年雷暴日气候倾向率为-1.6天/10年,表明了7月份雷暴日每10年减少1.6天左右,递减幅度仅次于5月份雷暴日递减的速度。同时可以得出,1980年为7月份雷暴日活动变化的一个转折年。
从9月份雷暴日变化趋势统计结果图中可以看出,在1951年~1966年期间年雷暴日距平值以正值为主,仅有4个年份的雷暴日距平值为负数,因此可以说明在此年份期间,年雷暴日高于平均值水平,在1967年~1985年期间年雷暴日距平值呈正负交替发展变化趋势,说明了在此年份期间年雷暴日波动幅度较大,在1986年~2014年期间年雷暴日距平值以负值为主,表明了在此年份期间9月份雷暴日较少。根据一元线性回归方程得出,9月份雷暴日也呈逐年递减的发展趋势,其中求出的年雷暴日气候倾向率为-1天/10年,表明了9月份雷暴日每10年减少1天左右,递减幅度要小于5月份和7月份雷暴日递减的速度。同时可以得出,1985年为9月份雷暴日活动变化的一个转折年。
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